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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE MECÁNICA ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
“IMPLEMENTACIÓN DE UNA ESTACIÓN DE MEDICIÓN Y ANÁLISIS DE SEÑALES ANALÓGICAS
EN MÉTODOS DE ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA DE MOTORES TRIFÁSICOS EN EL LABORATORIO DE
ELECTRÓNICA DE LA FACULTAD DE MECÁNICA-ESPOCH”
ALDAS RUIZ ALEXANDRA ELIZABETH
TORRES ALDAZ ANDREA PAULINA
TESIS DE GRADO
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERA INDUSTRIAL
RIOBAMBA – ECUADOR
2014
ESPOCH Facultad de Mecánica
CERTIFICADO DE APROBACIÓN DE TESIS
2014-03-17
Yo recomiendo que la Tesis preparada por:
ALEXANDRA ELIZABETH ALDAS RUIZ
Titulada:
“IMPLEMENTACIÓN DE UNA ESTACIÓN DE MEDICIÓN Y ANÁLI SIS DE
SEÑALES ANALÓGICAS EN MÉTODOS DE ARRANQUE A TENSIÓN
REDUCIDA DE MOTORES TRIFÁSICOS EN EL LABORATORIO DE
MECÁNICA -ESPOCH”
Sea aceptada como parcial complementación de los requerimientos para el Título de:
INGENIERA INDUSTRIAL
Ing. Marco Santillán Gallegos.
DECANO DE LA FAC. DE MECÁNICA Nosotros coincidimos con esta recomendación:
Ing. Eduardo García Cabezas DIRECTOR DE TESIS
Ing. Ángel Silva Conde ASESOR DE TESIS
ESPOCH Facultad de Mecánica
CERTIFICADO DE APROBACIÓN DE TESIS
2014-03-17
Yo recomiendo que la Tesis preparada por:
ANDREA PAULINA TORRE ALDAZ
Titulada:
“IMPLEMENTACIÓN DE UNA ESTACIÓN DE MEDICIÓN Y SEÑAL ES
ANALÓGICAS EN MÉTODOS DE ARRANQUE A TENSIÓN REDUCID A DE
MOTORES TRIFÁSICOS EN EL LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE LA
FACULTAD DE MECÁNICA -ESPOCH ”
Sea aceptada como parcial complementación de los requerimientos para el Título de:
INGENIERA INDUSTRIAL
Ing. Marco Santillán Gallegos.
DECANO DE LA FAC. DE MECÁNICA Nosotros coincidimos con esta recomendación:
Ing. Eduardo García Cabezas DIRECTOR DE TESIS
Ing. Ángel Silva Conde
ASESOR DE TESIS
ESPOCH Facultad de Mecánica
CERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESIS
NOMBRE DEL ESTUDIANTE: ALEXANDRA ELIZABETH ALDAS RUIZ.
TÍTULO DE LA TESIS: “ IMPLEMENTACIÓN DE UNA ESTACIÓN DE
MEDICIÓN Y ANÁLISIS DE SEÑALES ANALÓGICAS EN MÉTODO S DE
ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA DE MOTORES TRIFÁSICOS E N EL
LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE LA FACULTAD DE MECÁNI CA -
ESPOCH”
Fecha de Examinación:2014-12-04.
RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:
COMITÉ DE EXAMINACIÓN APRUEBA NO APRUEBA
FIRMA
Ing. Marco Santillán Gallegos PRESIDENTE TRIB. DEFENSA
Ing. Eduardo García DIRECTOR DE TESIS
Ing. Ángel Silva ASESOR DE TESIS
* Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.
RECOMENDACIONES:
El Presidente del Tribunal certifica que las condiciones de la defensa se han cumplido.
Ing. Marco Santillán Gallegos PRESIDENTE DEL TRIBUNAL
ESPOCH Facultad de Mecánica
CERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESIS
NOMBRE DEL ESTUDIANTE: ANDREA PAULINA TORRES ALDAZ
TÍTULO DE LA TESIS: “ IMPLEMENTACIÓN DE UNA ESTACIÓN DE
MEDICIÓN Y ANÁLISIS DE SEÑALES ANALÓGICAS EN MÉTODO S DE
ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA DE MOTORES TRIFÁSICOS E N EL
LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE LA FACULTAD DE MECÁNI CA -
ESPOCH
Fecha de Examinación:2014-12-04.
RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:
COMITÉ DE EXAMINACIÓN APRUEBA NO APRUEBA
FIRMA
Ing. Marco Santillán Gallegos PRESIDENTE TRIB. DEFENSA
Ing. Eduardo García DIRECTOR DE TESIS
Ing. Ángel Silva ASESOR DE TESIS
* Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.
RECOMENDACIONES:
El Presidente del Tribunal certifica que las condiciones de la defensa se han cumplido.
Ing. Marco Santillán Gallegos PRESIDENTE DEL TRIBUNAL
DERECHOS DE AUTORÍA
El trabajo de grado que presentamos, es original y basado en el proceso de investigación
y/o adaptación tecnológica establecido en la Facultad de Mecánica de la Escuela
Superior Politécnica de Chimborazo. En tal virtud, los fundamentos teóricos -
científicos y los resultados son de exclusivaresponsabilidad de los Autoras. El
patrimonio intelectual le pertenece a la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.
Alexandra Elizabeth Aldas Ruiz Andrea Paulina Torres Aldaz
DEDICATORIA
Con todo mi amor dedico esta tesis, a mi padre que es el mejor y más grande apoyo que
Dios me ha dado, a mi hija Alisson por ser mi alegría de cada día y la razón más
poderosa para seguir adelante, a mi esposo por ser una parte fundamental en mi vida y
darme fuerzas para cumplir mis sueños, a mis hermanos y familiares por estar siempre
apoyándome.
Alexandra Elizabeth Aldas Ruiz
Dedico a mis padres y familiares que siempre han estado apoyando en mi carrera
profesional de forma moral y económica.
Andrea Paulina Torres Aldaz
AGRADECIMIENTO
En primer lugar agradezco a Dios, a mi padre y a mi madre que desde el cielo me ha
iluminado, a la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, en especial a la Escuela de
Ingeniería Industrial, por brindarme la oportunidad de obtener una profesión y ser
personas útiles a la sociedad.
Y en especial para todos los ingenieros, amigos, compañeros y personas que nos
apoyaron de una u otra manera para culminar con éxito una etapa de nuestras vidas.
Alexandra Elizabeth Aldas Ruiz
El más sincero agradecimiento a la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, en
especial a la Escuela de Ingeniería Industrial, por brindarnos la oportunidad de obtener
una profesión y ser personas útiles a la sociedad.
Y en especial a los profesores que nos apoyaron sus conocimientos de una u otra
manera para culminar con éxito una etapa de nuestras vidas.
Andrea Paulina Torres Aldaz
CONTENIDO
Pág. 1. INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes .................................................................................................... 1 1.2 Justificación ...................................................................................................... 1 1.3 Objetivos .......................................................................................................... 2 1.3.1 Objetivo general ............................................................................................... 2 1.3.2 Objetivos específicos ........................................................................................ 2 2. MARCO TEÓRICO 2.1 Marco conceptual ............................................................................................. 4 2.2 Marco teórico ................................................................................................... 4 2.2.1 Uso de los motores eléctricos en la industria .................................................. 5 2.2.2 Uso de los motores asíncronos jaula de ardilla. .............................................. 5 2.2.3 Formas de funcionamiento de un motor. ......................................................... 8 2.2.4 Métodos de arranque. ...................................................................................... 9 2.2.4.1 Arranque a plena tensión………………………………………………………....... 9 2.2.4.2 Arranque por resistencias primarias o de línea……………………………........11 2.2.4.3 Arranque por reactancia primaria o de línea………………………………. 13 2.2.4.4 Arranque por autotransformador………………………………………………… 15 2.2.4.5 Arranque por conexión estrella triángulo………………………………….. 17 2.2.4.6 Arranque por devanado parcial………………………………………………….. 19 2.2.4.7 Arranque electrónico………………………………………………………………. 20 2.2.5 Cuando se usa un determinado método de arranque.. ................................... 22 2.2.6 Control de la velocidad de los MAJA 3F. ...................................................... 22 2.2.7 Variador de frecuencia……………………………………………………………...22 2.2.8 Importancia de los arranques a tensión reducida ......................................... 24 2.2.9 Armónicos. ...................................................................................................... 26 2.2.9.1 Problemas ocasionados por los armónicos…………………………………….. 27 2.2.9.2 Fuentes de los armónicos…………………………………………………………. 28 3. IMPLEMENTACIÓN DE UNA ESTACIÓN DE MEDICIÓN Y
ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS EN EL ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA Y DIRECTO DE UN MOTOR JAULA DE ARDILLA TRIFÁSICO
3.1 Estación de medición y análisis de parámetros eléctricos .............................. 28 3.2 Requerimientos de la estación de medición ................................................... 28 3.2.1 Osciloscopio digital………………………………………………………………... 29 3.2.2 Principales funciones del osciloscopio .......................................................... 30 3.2.2.1 Configuración del osciloscopio…………………………………………………... 30 3.2.2.2 Disparo……………………………………………………………………………… 31 3.2.2.3 Adquisición de señales (formas de onda)…………………………………... 31 3.2.2.4 Escalado y posicionamiento de formas de onda……………………………......31 3.2.2.5 Medida de formas de onda…………………………………………………. 31 3.2.3 Generador de funciones ................................................................................. 31 3.2.3.1 Controles básicos del generador de funciones…………………………………32 3.2.4 Pinza amperimétrica. ..................................................................................... 34
3.2.5 Multímetro ...................................................................................................... 35 3.3 Descripción de los elementos a implementar ................................................. 37 3.3.1 Cajas para instalaciones eléctricas. .............................................................. 37 3.3.2 Contactor.. ...................................................................................................... 38 3.3.3 Temporizador analógico multi-rango. ........................................................... 39 3.3.4 Relé térmico. ................................................................................................... 39 3.4.5 Relé magnetotérmico. ..................................................................................... 40 3.4.6 Canaleta ranurada.. ....................................................................................... 41 3.4.7 Porta fusibles. ................................................................................................. 41 3.4.8 Cable felxible.. ................................................................................................ 42 3.4.9 Terminales. ..................................................................................................... 43 3.4.10 Riel DIN. ......................................................................................................... 43 3.4.11 Pulsadores ...................................................................................................... 43 3.5 Montaje de los equipos a implementarse ....................................................... 45 3.5.1 Tablero eléctrico. ........................................................................................... 45 3.5.2 Montaje de los apartos de maniobra. ............................................................. 46 3.6 Medición y análisis de parámetros eléctricos ................................................. 47 3.6.1 Resultados en el arranque estrella-triángulo .................................................. 47 3.6.2 Mediciones con el osciloscopio en el arranque estrella- triángulo.. ............. 49 3.7 Medición y análisis de parámetros eléctricos en el arranque directo. ............ 54 3.7.1 Resultados en el arranque directo con motor jaula de ardilla. ..................... 55 3.8 Medición y análisis de parámetros eléctricos en el arranque. ........................ 57 3.9 Descripción de los equipos ............................................................................. 59 3.9.1 Fuente de alimentación o fuente de energía.. ................................................ 59 3.9.2 Tablero de componentes. ................................................................................ 60 3.9.3 Relé temporizado ............................................................................................ 60 3.9.4 Contactor electromagnético ........................................................................... 61 3.9.5 Pulsador abierto /cerrado o interruptores de botones de presión ................. 62 3.9.6 Interruptor de circuito .................................................................................... 63 3.9.7 Cables para la conexión ................................................................................. 63 3.9.8 Motor de inducción jaula de ardilla .............................................................. 64 3.9.9 Resistencias .................................................................................................... 65 4. ELABORACIÓN DE LAS GUÍAS PRÁCTICAS DEL
LABORATORIO DE ELECTRÓNICA 4.2 Elaboración de la guía para las prácticas en el laboratorio de Electrónica. ... 65 4.2 Indicaciones de seguridad en la práctica de laboratorio ................................. 87 4.2.1 Información general. ...................................................................................... 88 4.2.2 Reglas de seguridad. ...................................................................................... 88 4.2.2 Normas de seguridad para el multímetro. ..................................................... 88 4.2.3 Normas de seguridad para el amperímetro. .................................................. 89 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Conclusiones .................................................................................................. 89 5.2 Recomendaciones ........................................................................................... 90 BIBLIOGRAFÍA ANEXOS PLANOS
LISTA DE TABLAS
1 Partes principales del motor asíncrono con rotor jaula de ardilla .................................. 6
2 Muestra la placa de características según la norma DIN 42961 ................................... 7
3 Características de un motor trifásico en arranque directo .............................................. 9
4 Características de un motor trifásico con arranque por resistencias estatóricas. ......... 11
5 Características de un motor trifásico en arranque por reactancia primaria .................. 13
6 Características de un motor trifásico con arranque por autotransformador ................. 15
7 Características de un motor trifásico en arranque estrella-triángulo (Y- ∆ ) ............... 17 8 Características de un motor trifásico en arranque por devanado parcial ..................... 19
9 Características de un motor trifásico con arranque electrónico ................................... 20
10 Características del arranque y control de velocidad de un MAJA. ............................ 23
11 Ventajas de los diferentes tipos de arranques ............................................................ 25 12 Ventajas y desventajas del arranque por resistencias y autotransformador ............... 25
13 Ventajas y desventajas del arranque estrella-triángulo y arranque por bobinados ... 26
14 Elementos a implementarse para la estación de trabajo ............................................ 29
15 Características del osciloscopio de almacenamiento digital ...................................... 29
16 Características del generador de funciones ................................................................ 32 17 Formas de onda del generador de funciones Tektronix AFG 2021 ........................... 33
18 Características de la pinza amperimétrica ................................................................. 34 19 Características del multímetro digital ........................................................................ 35 20 Características del tacómetro ..................................................................................... 36 21 Características de la caja para instalaciones eléctricas .............................................. 37 22 Características del contactor ...................................................................................... 38 23 Características del temporizador ................................................................................ 39 24 Relé térmico ............................................................................................................... 40 25 Características del relé magnetotérmico .................................................................... 41 26 Características de la canaleta ranurada ...................................................................... 41 27 Características del porta fusibles ............................................................................... 42 28 Lista de equipos, aparatos de maniobra y accesorios para la medición ..................... 47
29 Características de un motor 3F jaula de ardilla para el arranque estrella-D .............. 48
30 Resultados en arranque estrella-triángulo en un motor MAJA 3F ............................ 48
31 Lista de equipos para la medición de parámetros en el arranque directo .................. 54
32 Características de un motor trifásico jaula de ardilla para el arranque directo .......... 55
33 Resultados en arranque directo en vacío y con carga en el motor 3F JA .................. 55
34 Lista de equipos para la medición de parámetros en el arranque por resistencias . 57
35 Resultados en arranque por resistencias estatóricas de un MAJA 3F ........................ 58
36 Características de la fuente de alimentación .............................................................. 59 37 Características del tablero de componentes ............................................................... 60 38 Características del relé temporizado .......................................................................... 61 39 Características del contactor electromagnético .......................................................... 62 40 Características del pulsador abierto y pulsador cerrado ............................................ 62
41 Características del interruptor de circuito .................................................................. 63 42 Características de cables para la conexión ................................................................. 64 43 Características del motor de inducción jaula de ardilla ............................................. 64
44Características de las resistencias ............................................................................... 65 45 Electrodinamómetro ................................................................................................... 66 46 Resultados en el arranque directo .............................................................................. 70 47 Resultados en el arranque estrella-triángulo .............................................................. 75
Pág.
LISTA DE FIGURAS
1 Partes del motor jaula de ardilla .................................................................................. 7 2 Placa de identificación de máquinas eléctricas .............................................................. 7 3 Representación del punto de conexión del conductor de puesta a tierra (PE) ............... 8
4 Circuito de mando y de fuerza en el arranque directo ................................................. 10
5 Curva corriente/velocidad y curva par /velocidad en el arranque directo ................... 10
6 Circuito de mando y fuerza en el arranque con resistencias estatóricas. ..................... 12
7 Curva I/velocidad y curva par /velocidad en el arranque por resistencias .............. 12
8 Circuito de potencia del arranque por reactancia primaria o de línea ......................... 14
9 Curva I/velocidad y curva par /velocidad en el arranque por reactancia primaria . 14
10Circuito de potencia en el arranque por autotransformador ....................................... 16
11Curva I/velocidad y curva par /velocidad en el arranque por autotransformador ...... 16
12 Circuito de mando y de potencia en el arranque estrella-triángulo ........................... 18
13 Curva I/velocidad y curva par /velocidad en el arranque estrella-triángulo ............. 18
14 Circuito de potencia para el arranque electrónico ..................................................... 21 15 Curva par/velocidad y curva I/velocidad en el arranque electrónico ...................... 21
16 Esquema para el arranque con variador de frecuencia .............................................. 24
17 Armónico tercero ....................................................................................................... 27 18 Armónicos en un motor ............................................................................................. 28 19Equipos, aparatos de maniobra y accesorios básicos que conforman la estación ....... 28
20 Osciloscopio de almacenamiento digital ................................................................... 29 21 Generador de funciones ............................................................................................. 32 22 Descripción general del panel frontal ........................................................................ 33 23 Diferentes tipos de ondas del generador de funciones ............................................... 34
24 Pinza amperimétrica Fluke ........................................................................................ 34 25 Multímetro Digital Fluke ........................................................................................... 35 26 Tacómetro .................................................................................................................. 36 27 Caja para instalaciones eléctricas .............................................................................. 37 28 Contactor .................................................................................................................... 38
29 Temporizador ............................................................................................................. 39 30 Relé térmico ............................................................................................................... 40 31 Relé magnetotérmico ................................................................................................. 40 32 Canaleta ranurada ...................................................................................................... 41 33 Porta fusibles .............................................................................................................. 41 34 Cable flexible ............................................................................................................. 42 35Terminales .................................................................................................................. 43 36 Riel DIN ..................................................................................................................... 43
37Pulsadores ................................................................................................................... 44 38Espiral para cable ........................................................................................................ 44 39Lámparas piloto .......................................................................................................... 44 40 Borneras tipo banana ................................................................................................. 45 41 Tablero eléctrico ........................................................................................................ 45 42 Montaje de los aparatos de maniobra ........................................................................ 46 43 Armado del tablero eléctrico ...................................................................................... 46 44 Carga vs RPM ............................................................................................................ 48 45 Carga vs Iarr ............................................................................................................... 49 46 Valor de la frecuencia medida en la red .................................................................... 50 47Valor del período ........................................................................................................ 50
Pág.
48V pico-pico ................................................................................................................. 50 49 RMS .......................................................................................................................... 51
50 Desfase de los devanados entre 0 y 120 ° de un motor trifásico ............................... 51
51 Desfase de los devanados entre 0 y -120 ° de un motor trifásico .............................. 51
52 Sistema trifásico equilibrado ..................................................................................... 52 53 Sistema trifásico desequilibrado ................................................................................ 53 54Armónicos medidos en el arranque estrella-triángulo sin carga ................................. 53
55 Armónicos medidos en el arranque estrella-triángulo con carga de 2lbf-plg ............ 53
56 Armónicos medidos en el arranque estrella –triángulo con carga de 4lbf-plg .......... 53
57 Conexión en triángulo (izquierda) y conexión en estrella ......................................... 56
58 Diagrama de medición de voltaje de línea e intensidad ............................................. 56
59 Diagrama de medición de voltaje .............................................................................. 58 60 Fuente de alimentación .............................................................................................. 59 61 Tablero de componentes ............................................................................................ 60 62 Relé temporizador ...................................................................................................... 61 63 Contactor .................................................................................................................... 62
64 Pulsador abierto y cerrado ......................................................................................... 62 65 Interruptor de circuito ................................................................................................ 63 66 Cables flexibles .......................................................................................................... 63 67 Motor de inducción jaula de ardilla ........................................................................... 64 68 Resistencias ................................................................................................................ 65 69 Electrodinamómetro ................................................................................................... 66 70 Estructura del informe de prácticas ........................................................................... 65 71 Circuito de mando y de fuerza del arranque directo (guía) ....................................... 67
72 Equipos, aparatos de maniobra y accesorios en el arranque directo .......................... 68
73 Circuito de mando y potencia (directo) ..................................................................... 68 74 Verificación de la conexión (directo) ........................................................................ 69 75 Diagrama de medición de voltaje de línea, voltaje de fase y de la I (guía) ............... 69
76 Circuito de mando y fuerza en el arranque estrella-triángulo (guía) ......................... 72
77 Equipos, aparatos de maniobra y accesorios en el arranque estrella-triángulo ......... 73
78 Verificación de la conexión (estrella-triángulo) ........................................................ 73 79 Diagrama de V de línea,voltaje de fase y de la intensidad ..................................... 75
80 Calibración de la sonda .............................................................................................. 75 81 Selección de la onda .................................................................................................. 76 82 Selección de la frecuencia .......................................................................................... 76 83 Selección del período ................................................................................................. 77 84 Selección del V pico-pico .......................................................................................... 77 85 Visualización del CH1 RMS ...................................................................................... 78 86 Selección de medidas ................................................................................................. 78 87 Selección en el canal 2 ............................................................................................... 78 88 Selección del canal 1 .................................................................................................. 79 89 Medida de la fase en el canal 2 .................................................................................. 79 90 Selección del botón menú .......................................................................................... 80 91 Seleccionamos FFT .................................................................................................... 80 92 Circuito de mando y fuerza del arranque por resistencias estatóricas (guía) ............. 83
93Equipos para el arranque por resistencias estatóricas ................................................. 83
94Circuito armado del arranque por resistencias estatóricas .......................................... 85
95 Verificación de la conexión en el arranque por resistencias estatóricas .................... 85
96 Medición de voltaje en el arranque por resistencias estatóricas ................................ 85
97 Conexión del multímetro y pinza para el arranque por resistencias estatóricas ....... 86
LISTA DE ABREVIACIONES
DIN Instituto Alemán de normalización
Typ Tipo
Ge Generador
Mot Motor
VDE Asociación Alemana de ingenieros eléctricos
Pe Puesta a tierra
IP Grado de protección
3M Motor trifásico
MAJA Motor asíncrono jaula de ardilla
Iarr Corriente de arranque
Marr Par de arranque
Mno Par nominal
Ino Corriente nominal
tarr Tiempo de arranque
Y,A Clase de aislamiento
DOL Plena tensión o directo
LCD Pantalla de cristal líquido
TFT Tecnología de Transistores de Película Fina
MS/s Millones de muestras por segundo
Vp-p Voltaje pico pico
Trigger disparo
LISTA DE ANEXOS
A Datos técnicos del tablero eléctrico
B Diagrama de operación del tablero eléctrico
C Datos técnicos del osciloscopio
D Diagrama de operación del osciloscopio
E Datos técnicos de la pinza amperimétrica
F Datos técnicos del multímetro
G Plan de mantenimiento del osciloscopio
H Plan de mantenimiento del generador de funciones
I Plan de mantenimiento de la pinza amperimétrica
J Plan de mantenimiento del multímetro
RESUMEN
La Implementación de una estación de medición y análisis de señales analógicas en
métodos de arranque a tensión reducida de motores trifásicos en el laboratorio de
electrónica de la facultad de mecánica, tiene como finalidad apoyar al aprendizaje,
permitiendo la utilización y manejo de los equipos e instrumentos, se implementó una
estación de medición con equipos actualizados.
Se realizó un estudio del estado actual de los equipos de laboratorio para confirmar la
importancia y beneficio de la estación con diferentes equipos de última tecnología como
el osciloscopio de almacenamiento digital, un tablero del arranque estrella-triángulo, un
multímetro, una pinza amperimétrica y un generador de funciones.
Mediante una guía de laboratorio se analizó el arranque directo, arranque estrella-
triángulo y arranque por resistencias estatóricas desarrollando prácticas demostrativas
con el empleo de los equipos, también realizamos un tablero didáctico en el que está
armado el arranque estrella-triángulo con cada uno de los aparatos de maniobra
equipados en dicho tablero.
Se obtuvo resultados de los arranques señalados anteriormente, seguido analizamos los
resultados obtenidos, llegando a demostrar lo teórico con lo práctico al momento de
obtener los resultados, tomando en cuenta el manual de mantenimiento de los equipos.
Se recomienda a los docentes y estudiantes hacer uso de las guías de prácticas del
Laboratorio de Electrónica para el mejor desarrollo de destrezas, habilidades y
competencias.Lea el manual de cada uno de los equipos antes de realizar la práctica así
como también emplee el manual de operación y mantenimiento para su correcto
funcionamiento y conservación.
SUMMARY
This is a research work about the implementation of a station for measurement and
analysis of analogic signals in reduced tension starting methods in three phase engines
for the electronics laboratory at the Mechanics College. Its main objective is to support
learning allowing the use and management of equipment and tools.
A study of the current status of the laboratory equipment was done in order to support
the station’s importance. This study was done by using latest technology tools such as a
digital storage oscilloscope, star delta starter board, a multimeter, a current clamp, and a
function generator.
Using a laboratory guide, the following was analyzed: a direct start, a star delta start,
and a stator resistance start developing demonstrative practices using the equipment. A
didactic board in which the star delta starter is assembled was also developed with each
of the handling devices equipped in such board.
The results of the above mentioned starts were obtained and analyzed. They showed
consistency between theory and practice considering the equipment maintenance
handbook.
It is recommended to use the practice guides of the Electronics Laboratory in order to
obtain better skill, ability and competency development. It is also necessary to read each
piece of equipment handbook before using them as well as the operation and
maintenance manual for their correct functioning and preservation.
-1-
CAPÍTULO I
1. INTRODUCCIÓN
1.1 Antecedentes
El laboratorio de Electrónica de la Facultad de Mecánica, desde su creación fue
instalado para la realización de prácticas de los estudiantes. Los equipos e instrumentos
que son utilizados en dicho laboratorio forman parte del convenio Comodato ESPOCH-
SECAP, con el transcurso del tiempo estos equipos y dispositivos han quedado
desactualizados cumpliendo con su vida útil.
Para efectuar la medida de las señales que se producen en los distintos dispositivos
electrónicos y realizar un análisis de cómo estas señales afectan al resto de los circuitos
eléctricos, en la actualidad se cuenta con equipos digitales de última tecnología que nos
permiten realizar medidas altamente fiables así como también poder transmitir esta
información directamente a un ordenador para su respectivo análisis.
Para que el laboratorio de Electrónica de la Facultad de Mecánica, esté acorde con el
avance tecnológico, es necesario implementarlo con equipos de última generación, que
nos permita realizar en él, las prácticas con equipos que se utilizan en la actualidad
dentro del campo industrial.
Esto ayuda a que el estudiante obtenga los conocimientos adecuados y desarrolle todas
sus destrezas participando con efectividad en la solución de problemas que se presentan
en la industria.
1.2 Justificación
La misión de la Facultad de Mecánica es formar profesionales competitivos
emprendedores conscientes de su identidad nacionalidad, justicia social, democracia y
prevención del ambiente sano.Consecuentemente se ve necesaria la implementación de
-2-
una estación de medición y análisis de señales con la elaboración de una guía de
prácticas para el Laboratorio de Electrónica de la Facultad de Mecánica, se aporta a la
transformación de la educación superior, logrando así la transferencia de conocimiento
a través de ciencia, tecnología e innovación, contribuyendo además con el desarrollo
integral y sustentable del país, en consideración a las políticas del Plan Nacional del
Buen Vivir.
El laboratorio al momento no cuenta con los equipos necesarios para hacer prácticas en
lo referente a medición y análisis de señales, por lo que se hace imprescindible la
implementación de unaestación con equipos de última tecnología que son muy
utilizados en las prácticas industriales y que todo profesional industrial debe conocer,
mejorando así la calidad de la educación y transformando los conocimientos teóricos en
prácticos.
La realización de esta tesis busca cumplir con la misión de la Escuela de Ingeniería
Industrial de formar ingenieros industriales competentes, su accionar se sustenta en la
base del conocimiento de las ciencias básicas y de la ingeniería, se adapta fácilmente a
trabajar en equipos multidisciplinarios, contribuyendo de manera eficaz en la solución
de problemas en el ámbito de su especialidad: producción, productividad, calidad,
seguridad y del ambiente, actuando con responsabilidad ética y social, en
correspondencia con el desarrollo de la región y del país.
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo general. Implementar una estación de medición y analizar las señales
analógicas en métodos de arranque a tensión reducida de motores trifásicos en el
Laboratorio de Electrónica de la Facultad de Mecánica – ESPOCH.
1.3.2 Objetivos específicos:
Determinar el estado técnico actual de los equipos e instrumentos del laboratorio de
Electrónica de la Facultad de Mecánica.
-3-
Conocer los diferentes métodos de arranque a tensión reducida de motores trifásicos jaula de
ardilla.
Conocer las características y manejo de los equipos de medición de señales analógicas
utilizadas en nuestra estación.
Interpretar las señales analógicas de tensión y corriente obtenidas durante el período de
arranque de los motores jaula de ardilla trifásicos.
Determinar y medir las magnitudes eléctricas de la fuente de energía de CA con
diversos instrumentos de medida y su comparación.
Elaborar las guías de laboratorio para la realización de prácticas utilizando los instrumentos de
medida.
-4-
CAPÍTULO II
2. MARCO TEÓRICO
2.1 Marco conceptual
• Motor eléctrico: son máquinas que convierten la energía eléctrica en energía
mecánica para realizar un trabajo útil.
• Motor asíncrono con rotor en cortocircuito o jaula de ardilla:son máquinas de
impulsión eléctrica más comúnmente utilizadas por su sencillez, fuerza y su economía
comparadas con otras alternativas. Este tipo de motor eléctrico requiere de menos
mantenimiento, comparado con el motor de rotor bobinado.
• Arranque:se denomina arranque al proceso de puesta en marcha de una máquina
eléctrica. En un motor asíncrono, para que esta operación pueda llevarse a cabo es
preciso, que el par de arranque sea superior al par resistente de la carga; de esta forma se
obtiene un momento de aceración que obliga a girar el rotor a una velocidad cada vez
más elevada, obteniendo el régimen permanente cuando se igualan pares motor y
resistente.(MORA, 2008 pág. 20)
2.2 Marco teórico
Los motores eléctricos suponen una de las principales aplicaciones de la energía
eléctrica. Los motores son el corazón de las máquinas y aparatos en general; lo mueven
todo, empezando en nuestra propia casa; nos suben a nuestro piso (ascensores), elevan
el agua a nuestras viviendas (bombas de agua), sacan el humo de nuestro garaje,
mueven el tambor de la lavadora, del frigorífico, el DVD, el plato del microondas, etc.
(ROLDÁN, 2010 pág. 41).Los primeros motores fueron de corriente continua. A finales
del siglo XIX se inventaron los motores de inducción, y con ellos llegaron los motores
trifásicos, que significaron unaverdadera revolución tecnológica e industrial. Los
-5-
motores trifásicos con rotor en cortocircuito supusieron, desde su creación, un
procedimiento muy versátil y
-5-
sencillo de aplicar y alimentar eléctricamente. Además su mantenimiento era muy
reducido, y en la actualidad casi nulo. (ROLDÁN, 2010 pág. 41)
Atendiendo a la corriente, los motores pueden clasificarse en:
• Motores de corriente alterna
• Motores de corriente continua: • Motores especiales. (ROLDÁN, 2010 pág. 42)
2.2.1 Uso de los motores eléctricos en la industria. A nivel de la industria y los
servicios, los motores en sus diferentes formas, modelos y tamaños están en todas las
máquinas, aparatos e instalaciones.
Los motores eléctricos son conversores de energía para procesos cinemáticos, como los
que tienen lugar en la tecnología de la mayoría de las máquinas accionadas. He aquí
algunos ejemplos.Aplicaciones de motores como, grúas, elevadores, vehículos, prensas,
máquinas de curvado, laminadores, canteadoras en los procesos actuadores como:
correderas y válvulas, dispositivos de alimentación, aplicaciones robóticas, procesos
cinemáticos en enlaces de control.
2.2.2 Uso de los motores asíncronos jaula de ardilla. Las máquinas de inducción
trifásica o asíncrona, y en particular los motores con rotor tipo jaula de ardilla, son en la
actualidad las máquinas eléctricas de mayor aplicación industrial. La razón de este
amplio uso radica principalmente en que este tipo de máquinas son en general de bajo
costo, fabricación y fácil mantenimiento.(MOLINA, 2012, pág. 183)
También son muy utilizados en aplicaciones industriales y terciarias, por las siguientes
razones: por su simplicidad mecánica y eléctrica, por su casi nulo mantenimiento, por su
buen rendimiento, por el buen par de arranque que proporciona, por la economía en la
compra del equipo de arranque, por la amplia gama de potencia.(ROLDÁN, 2010 pág.
132)
Los motores asíncronos jaula de ardilla también se usa en los ventiladores, cintas
transformadoras, elevadores, grupo de bombeo en centrales hidroeléctricas, compresor
-6-
de pistón, máquinas herramientas, soplador, ascensores embotelladoras, hiladoras,
industria papelera, industria petrolera, industria textil, etc.(VELTRI, 2005)
Tabla 1. Partes principales del motor asíncrono con rotor jaula de ardilla
Partes del motor asíncrono con rotor jaula de ardilla
Partes Concepto
Carcasa o envolvente del motor
Es la parte externa del motor la cual cubre las partes interiores y sirve para la protección interna.
Caja de conexiones
Se encuentran bornes que permiten realizar las conexiones en estrella (Y), triángulo (∆) y estrella – triángulo (Y ∆) del motor. También en esta caja se realizan las conexiones de la red de alimentación externa al motor.
Tapas de cierre de la carcasa
En las tapas tienen alojamiento para rodamientos en los que se apoya el eje del rotor.
Rotor Es la parte giratoria del motor y está cubierta por estator, está formada por chapas de acero en forma de un cilindro y en el centro se aloja un eje.
Estator Es la parte fija que cubre al rotor tiene una envoltura de chapas de acero con una serie de ranuras donde se encuentran los hilos conductores que forman el bobinado del estator.
Forma de fijación o anclaje del motor
Está dado a través de bridas o de patas.
Ventilador Las aspas giran y se produce la autorefrigeración
Eje del motor Es uno de los acoplamientos del rotor que suministra al exterior del motor la energía eléctrica absorbida y transformada en energía mecánica.
Fuente: Motores trifásicos. Características, cálculos y aplicaciones
-7-
Figura 1. Partes del motor jaula de ardilla
Fuente: http://goo.gl/wenKqS
La placa de características de acuerdo con la norma DIN-42961/06.80 contiene la
siguiente información:
Figura 2. Placas de identificación de máquinas eléctricas de acuerdo a la norma DIN-42961/06.80
Fuente: Prontuario de Electricidad-Electrónica
Tabla 2. Muestra la placa de características según la norma DIN 42961 para una
máquina rotativa N° Contenido
1 Fabricante ,emblema de la empresa 2 Tipo, denominación del modelo o número de la lista 3 Tipo de corriente=continua; E=monofásica=trifásica
4 Tipo de funcionamiento: Ge =generador; Mot=motor 5 N° de fabricación de la serie
6 Tipo de conexión del devanado del estator:∆=triángulo=estrella
7 Tensión nominal 8 Intensidad nominal
9 y 10 Potencia nominal: potencia útil en kW o W para motores; potencia aparente en kva o VA en generadores síncronos
11 Tipo de régimen nominal 12 Factor de potencia nominal: Cos ∅ 13 Sentido de giro ,por ejemplo, giro a la derecha visto desde el lado de impulsión
14 Frecuencia de giro nominal 15 Frecuencia nominal
-8-
16 Excitación de las máquinas de continua :Lfr: rotor en las máquinas asíncronas 17 Tipo de conexión del bobinado del rotor
18 Tensión nominal de excitación o tensión a rotor bloqueado 19 Intensidad nominal de excitación ,intensidad del rotor 20 Clase de aislamiento, como Y,A 21 Tipo de protección, por ejemplo IP33 22 Peso de la máquina en t para máquinas de más de 1t 23 Notas adicionales, por ejemplo, norma VDE aplicada, tipo refrigerante, etc.
Fuente: Prontuario de Electricidad-Electrónica
Conexión a tierra de la carcasa del motores necesario conectar los motores a tierra a
través del conductor de protección, para prevenir de corrientes indirectas a las personas
que estén trabajando con el motor.
Figura 3. Representación del punto de conexión del conductor de puesta a tierra (PE)
Fuente: Motores trifásicos. Características, cálculos y aplicaciones.
Todas las masas metálicas deberán estar conectadas a tierra a través del conductor de
protección, y unidas por conductor equipotencial. (ROLDÁN, 2010 pág. 127)
2.2.3 Formas de funcionamiento de un motor. Un motor puede tener varias formas
de funcionamiento durante su proceso de marcha entre estas tenemos las siguientes:
• En vacío: se dice que un motor está funcionando en vacío cuando no desarrolla
trabajo y solo absorbe la corriente necesaria para mover el rotor del motor,el
reductor y la máquina sin realizar trabajo. En este caso, el motor tiene un factor de
potencia muy bajo(Cos ∅) y tiene un consumo elevado de potencia reactiva
(kVAr).(ROLDÁN, 2010)
• En carga: un motor funciona en carga cuando realiza un trabajo y el circuito
eléctrico del motor está alimentado a los valores nominales señalados en la placa
de características del motor (tensión, intensidad y frecuencia).
-9-
• En sobrecarga: Un motor funciona en sobrecarga, cuando se le solicita una
potencia mayor que la nominal durante un tiempo.
2.2.4 Métodos de arranque. Los motores asíncronos jaula de ardilla trifásicos
(MAJA 3 F) pueden ser arrancados utilizando dos métodos generales:
• A plena tensión o directo (DOL)
• A tensión reducida:
a) Arranque por resistencia primaria o de línea
b) Arranque por reactancia primaria o de línea
c) Arranque por autotransformador
d) Arranque por conexión estrella triángulo
e) Arranque por devanado parcial
2.2.4.1 Arranque a plena tensión. Esta forma de arranque es muy utilizada para
motores de pequeña y mediana potencia, especialmente cuando se arrancan en casi
vacío o a media carga.(ROLDÁN, 2010)
Tabla 3. Características de un motor trifásico en arranque directo Conceptos Características
Corriente de arranque ( larr ) Iarr:4 a 8 In
Par de arranque (Marr) Marr: entre 0,6 y 1,6 Mn
Tiempo medio de arranque (tarr)
tarr: entre 2 y 3 s
Ventajas de este arranque Equipo de arranque económico y simple. Varias opciones. Muy bueno par de arranque. Se trata de uno de los arranques más empleados para motores de pequeña y mediana potencia.
Inconvenientes Punta de intensidad de arranque muy elevada. Arranque brusco Puede ocasionar caídas puntuales de tensión en la red eléctrica.
Aplicaciones Para motores de pequeña y mediana potencia, arrancado en vacío, media y plena carga.
-10-
Fuente: Motores trifásicos. Características, cálculos y aplicaciones.
Figura 4. Circuito de mando y de fuerza en el arranque directo
Fuente: Autoras
Figura 5. Curva corriente/velocidad de arranque y curva par /velocidad de arranque en
el arranque directo
-11-
Fuente:http://goo.gl/VvZsbo
2.2.4.2 Arranque por resistencias primarias o de línea. Esta forma de arranque precisa
de un juego de resistencias adecuado a las características del motor, lo que dificulta la
generalización de este arranque, que se utiliza para motores de mediana potencia.
(ROLDÁN, 2010)
Tabla 4. Características de un motor trifásico con arranque por resistencias
estatóricas. Conceptos Características
Corriente de arranque (larr) Iarr: hasta 4,5 In
Par de arranque (Marr) Marr: entre 0,5 y 0,8 Mn
Tiempo medio de arranque (tarr)
tarr: entre 7 y 12s
Ventajas de este arranque Menor consumo de corriente en el periodo de arranque. Posibilidad de regular los valores de la intensidad de arranque.
Inconvenientes Mediana reducción de la punta de arranque. Precisa de un equipo especial de resistencias. Equipo caro y que debe ser adecuado al motor. Reducción del par de arranque.
Aplicaciones Para máquinas con fuerte inercia sin problemas de par e intensidad de arranque.
Fuente: Motores trifásicos. Características, cálculos y aplicaciones.
-12-
Figura 6. Circuito de mando y fuerza en el arranque con resistencias estatóricas.
Fuente: Autoras Figura 7. Curva corriente/velocidad de arranque y curva par /velocidad de arranque en
el arranque por resistencias estatóricas
Fuente:http://goo.gl/VvZsbo
-13-
2.2.4.3 Arranque por reactancia primaria o de línea. Este método de arranque es
similar al arranque a tensión reducida por resistencia de línea con la diferencia de que se
utilizan reactores (bobinas con núcleo de hierro) en lugar de resistores.
Para la selección y dimensionamiento de los aparatos de maniobra como; contactores de
arranque, se lo realiza considerando el valor de la corriente nominal multiplicada por el
factor de reducción del voltaje. Pero pueden ser contactores de mayor tamaño si el
tiempo de arranque es demasiado extenso.
El relé térmico bimetálico de protección contra corriente de sobrecarga es seleccionado
y calibrado en función de la corriente nominal del motor.
Para la protección del circuito de potencia contra corrientes de cortocircuito; se puede
utilizar fusibles, un seccionador fusible trifásico, mismo que se lo selecciona en función
de la corriente nominal del motor multiplicado por el factor 1,5. Otras características se
citan en la tabla 5.
Tabla 5. Características de un motor trifásico en arranque por reactancia primaria o de línea
Conceptos Características Corriente de arranque (larr) larr4,5 In
Par de arranque (Marr) Marr0,75 Mn
Tiempo medio de arranque (tarr) tarr:entre 7 y 12 s
Ventajas de este arranque El par de arranque aumenta progresivamente durante el período de aceleración; lo cual se debe a que la tensión aplicada a los terminales aumenta progresivamente durante el arranque La transición a la tensión nominal de alimentación del motor, después de eliminar las resistencias, se realiza en circuito cerrado, es decir, no se produce sin ninguna interrupción en la tensión por lo que no ocurre ningún período transitorio. Con reactores ajustables se tiene la posibilidad de variar el voltaje aplicando al motor entre el 35% al 95% de voltaje de la red y consecuentemente el par de arranque, según los requerimientos de la carga.
-14-
Inconvenientes Con el uso de las reactancias disminuye el factor de potencia Su uso es limitado a cortos períodos de arranque El valor de la resistencia debe ser dimensionado adecuadamente en función del tiempo de arranque y del número de maniobras, ya que no son diseñadas para soportar un servicio continuo.
Aplicaciones Para máquinas que arrancan en vacío o media carga Bombas, ventiladores, maquinas diversas.
Fuente: Motores trifásicos. Características, cálculos y aplicaciones
Figura 8. Circuito de potencia del arranque por reactancia primaria o de línea
Fuente:http://goo.gl/4AbWRg
Figura 9. Curva corriente/velocidad de arranque y curva par /velocidad de arranque en el arranque por reactancia primaria o de línea
Fuente:http://goo.gl/7EKtqA
-15-
2.2.4.4 Arranque por autotransformador. Esta forma de arranque precisa de un
autotransformador adecuado a las características del motor, lo que dificulta la
generalización de este arranque, que se utiliza para motores de mediana potencia.
(ROLDÁN, 2010)
Durante el arranque el motor se alimenta a tensión reducida a través de uno de las tomas
(taps) de un autotransformador.
Los taps del autotransformador limitan el voltaje aplicado al motor al 50%,65% u 80%
del voltaje nominal.
La corriente de línea (lado primario) es menor que la corriente del motor (lado
secundario) en una proporción dada por la relación de transformación.
Es el mejor método de arranque a tensión reducida de un MAJA 3F, ya que todo
amperio de corriente en el arranque es aprovechado para mejorar las condiciones del
mismo.
El arranque por autotransformador es utilizado en compresores rotativos y a pistón,
bombas ventiladores y en aquellos casos donde se requiera limitar la corriente
manteniendo un par elevado.
Tabla 6. Características de un motor trifásico con arranque por autotransformador
Conceptos Características Corriente de arranque (Iarr) Iarr:1,7 a 3,5 In
Par de arranque (Marr) Marr: entre 0,4 y 0,85 Mn
Tiempo medio de arranque (tarr) tarr: entre 7 y 12s
Ventajas de este arranque
Buena relación par/intensidad Posibilidad de regular los valores de la intensidad de arranque. No hay corte de corriente durante el arranque
Inconvenientes Precisa de un equipo especial de autotransformador. Equipo caro y que debe ser adecuada las características del motor.
Aplicaciones Para máquinas con fuerte inercia y potencia, donde resulta importante la reducción en el periodo de arranque.
Fuente: Motores Trifásicos. Características, cálculos y aplicaciones
Figura 10. Circuito de potencia en el arr
Figura 11. Curva corriente/velocidad de arranque y curva par /velocidad de arranque en
-16-
. Circuito de potencia en el arranque por autotransformador
Fuente:http://goo.gl/c29sd9
Curva corriente/velocidad de arranque y curva par /velocidad de arranque en el arranque por autotransformador
autotransformador
Curva corriente/velocidad de arranque y curva par /velocidad de arranque en
-17-
Fuente:http://goo.gl/aV164L
2.2.4.5 Arranque por conexión estrella triángulo. Este arranque es uno de los más
empleados para motores de pequeña y mediana potencia que inician el arranque a media
o plena carga. (ROLDÁN, 2010)
Tabla 7. Características de un motor trifásico en arranque estrella-triángulo (Y- ∆ )
Conceptos
Características
Corriente de arranque (Iarr) Iarr:1,4 a 2,6 In
Par de arranque (Marr) Marr: entre 0,3 y 0,5 Mn
El par se reduce un 33% respecto al arranque directo Tiempo medio de arranque (tarr) tarr:entre 3 y 7 s
Ventajas de este arranque Menor consumo de corriente en el momento de la conexión. La tensión se reduce al 57% de lo nominal. Equipo de arranque relativamente simple.
Inconvenientes El motor se alimenta con 6 conductores. Reducción del par de arranque. El equipo de arranque más caro que el directo Corte de tensión durante el arranque del motor El motor ha de ser capaz de trabajar a dos tensiones
Aplicaciones Para máquinas que arrancan en vacío o media carga Bombas, ventiladores, máquinas diversas.
Fuente: Motores trifásicos. Características, cálculos y aplicaciones
-18-
Figura 12. Circuito de mando y de potencia en el arranque estrella-triángulo
Fuente: Autoras
Figura 13. Curva corriente/velocidad de arranque y curva par /velocidad de arranque en el arranque estrella-triángulo
Fuente:http://goo.gl/VvZsbo
-19-
2.2.4.6 Arranque por devanado parcial. Consiste en conectarlo a la fuente de
alimentación, primeramente con uno solo de los circuitos en paralelo que constituyen
cada fase del devanado del estator, y después todos los circuitos en paralelo de cada fase
para el funcionamiento normal.
Este método se lo aplica únicamente en el caso de disponer un MAJA con sus
devanados divididos en mitades, además que estas mitades estén conectadas en estrella,
o que sus 12 terminales estén disponibles en el cajetín de bornes o terminales.
Es un método poco frecuente, ya que un motor de bobinados separados o divididos es
más costoso que los similares de tres o seis terminales. Esto se debe a que su
construcción requiere de más recursos materiales y tecnológicos. (KOSOW, 1993). El
motor arranca con la primera mitad del devanado estatórico conectado en estrella, y éste
es alimentado directamente a la tensión de la red, esto significa que en ningún momento
se reduce la tensión; más bien es la impedancia inicial(Za) que resulta ser el doble que
la impedancia final(Zm).La conexión de la primera mitad se mantiene alimentada a la
red, luego de lo cual se conecta la segunda mitad, así mismo en estrella y en paralelo
con la primera; entonces se produce una conexión conocida como “doble estrella
paralela”
Tabla 8. Características de un motor trifásico en arranque por devanado parcial Conceptos Características Corriente de arranque (Iarr) Iarr= In/2
Par de arranque (Marr) El par de arranque es relativamente alto Tiempo medio de arranque (tarr)
En promedio el arranque dura entre 3 y 7 s
Ventajas de este arranque El par de arranque es relativamente alto No requiere de aparato alguno para la reducción de la tensión Realización sencilla La transición del arranque a la marcha se realiza en circuito cerrado
Inconvenientes Motor relativamente caro La corriente de régimen o de marcha se incrementa, pudiendo causar un sobrecalentamiento
-20-
Aplicaciones Para motores que arranquen bajo condiciones de cargas ligeras o sin cargas, en ventiladores, sopladores o taladros de banco
Fuente: Máquina eléctricas y transformadores
2.2.4.7 Arranque electrónico. Este arranque es el más costoso y moderno, permite
reducir el pico de corriente de energía eléctricaal momento de arrancar motores de
grandes potencias y/o disminuye el par de arranque en maquinaria especializada, esto
hace posible una alimentación muy gradual del motor que incrementa durante todo el
procedimiento a fin de obtener un arranque lineal, evitando esfuerzos
eléctricos.(ROLDÁN, 2010)
Se controla por medio de microprocesadores la curva de corriente y voltaje aplicados al
motor en su aceleración de velocidad cero a velocidad nominal.
Tabla 9. Características de un motor trifásico con arranque por electrónico Conceptos Características
Corriente de arranque (Iarr) Iarr:2 a 5 In
Par de arranque (Marr) Marrentre 0,2 y 1 Mn
Ventajas de este arranque No tiene elementos móviles Tiene larga duración Puede arrancar y parar de manera controlada. Protección contra cortes instantáneos de corriente Aparato sin mantenimiento
Inconvenientes Su programación sirve para un motor igual con las mismas características. Equipo costoso Debe tener características adecuadas a las del motor.
Aplicaciones Para arranques de máquinas con fuertes inercias. Para el arranque de bombas, ventiladores, cintas transportadoras,etc.
Fuente: Motores trifásicos. Características, cálculos y aplicaciones
Figura 14. Circuito de potencia para el arranque electrónico
Figura 15. Curva par/velocidad de arranque y curva corriente /velocidad
-21-
. Circuito de potencia para el arranque electrónico
. Fuente:http://goo.gl/1lVSeM
Curva par/velocidad de arranque y curva corriente /velocidad el arranque electrónico
Fuente:http://goo.gl/VvZsbo
. Circuito de potencia para el arranque electrónico
Curva par/velocidad de arranque y curva corriente /velocidad de arranque en
-22-
2.2.5 Cuando se usa un determinado método de arranque. La selección del método
de arranque se realiza principalmente por el par resiste y el momento de inercia de la
máquina o equipo acoplado al motor eléctrico, es decir la selección del método de
arranque depende de las condiciones de carga del motor o de las particularidades de
trabajo de la maquinaria o equipo acoplado al motor.
Otro parámetro que se debe tomar en cuenta al momento de elegir un determinado
método de arranque es el valor que alcanza la corriente en el momento del arranque;
conocida como “corriente o intensidad de arranque”, que en gran medida depende del
voltaje aplicado al motor y de las condiciones de carga y funcionamiento de
este.(SANTILLÁN, 2009 pág. 49)
2.2.6 Control de la velocidad de los MAJA 3F. Los motores trifásicos asíncronos, los
más utilizados admiten la posibilidad de variar su velocidad, lo que se consigue a través
de convertidores electrónicos de frecuencia, mediante los cuales se varían los valores de
la frecuencia (Hz), la tensión (U) y la intensidad (I) de la alimentación al motor, que se
adecua a la demanda de la necesidad de la máquina a accionar.(ROLDÁN, 2010pág.
191)
Esta posibilidad de variación de velocidad, unida a que se trata de un motor con casi
nulo mantenimiento, hace que sea muy utilizado en aplicaciones que precisan variación
de velocidad durante el proceso de funcionamiento o de fabricación.(ROLDÁN, 2010
pág. 191)
2.2.7 Variador de frecuencia.Mediante los variadores electrónicos de frecuencia, los
motores trifásicos con rotor en cortocircuito pueden proporcionar una velocidad
variable.
Se trata de dispositivos electrónicos, que permiten el control completo de motores
eléctricos de inducción; los hay de c.c. (variación de la tensión), y de c.a. (variación de
la frecuencia); los más utilizados son los de motor trifásico de inducción y rotor sin
bobinar (jaula de ardilla). También se les suele denominar inversores (inverte)o variador
de velocidad.
-23-
Esta posibilidad, para los motores trifásicos con casi nulo mantenimiento, ha hecho muy
competitivo a este tipo de motores respecto a sus competidores. (ROLDÁN, 2010 pág.
191)En la figura 16 se observa el esquema de un arranque con variador de frecuencia.
Los motores se fabrican para una velocidad nominal o de trabajo determinada, pero
mediante el variador de frecuencia dicha velocidad puede controlarse de manera
progresiva.
Por ejemplo, un motor de 50Hz y 1500 RPM (4 polos), podría girar, con variación de
frecuencia entre 5 y 120 Hz a velocidades comprendidas entre 150 RPM y 3600 RPM.
Los arranques y paradas son controlados, y suaves, sin movimientos bruscos
protegiendo completamente al motor.
Tabla 10. Características del arranque y control de velocidad de un motor trifásico jaula de ardilla.
Conceptos Características Corriente de arranque (Iarr) Iarr: 2 a 5,1 In
Par de arranque (Marr) Marr: entre 0,2 y 1 Mn
Tiempo medio de arranque (tarr)
Programable
Control de la velocidad La velocidad puede variar, entre 100 y 3000 RPM, es una gama de velocidad de 1 a 30 RPM. La regulación de la velocidad permite un control directo sobre las revoluciones del motor. La potencia de un motor puede variar con la velocidad.
Ventajas de este arranque Evita picos o puntas de intensidad en los arranques del motor. El par se controla totalmente a cualquier velocidad. No tiene factor de potencia, lo que evita el uso de baterías de condensadores y el consumo de energía. Estos equipos controlan el arranque y la parada de los motores. La regulación de la velocidad, es el fin principal de estos arrancadores. Producen un frenado y parada rápida y precisa del giro del motor.
-24-
Desventajas La instalación, programación, debe ser realizada por personal cualificado. Si no está bien instalado, puede derivar ruidos e interferencias en la red eléctrica, que podrían afectar a otros elementos electrónicos cercanos. Las verías del variador, no se pueden reparar.
Aplicaciones Para el accionamiento de bombas volumétricas y centrífugas, ventiladores, bandas transportadoras, mezcladoras , etc.
Fuente: Motores trifásicos. Características, cálculos y aplicaciones
2.2.8 Importancia de los arranques a tensión reducida. Cuando los motores
eléctricos son arrancados a tensión reducida, la corriente en los terminales del motor
disminuye en proporción directa con la tensión reducida mientras que el torque se
reduce en la relación del cuadrado de dicha tensión En la tabla 11 se observa el orden de
importancia según las ventajas que se desean para la selección de arranques a tensión
reducida
Figura 16. Esquema para el arranque con variador de frecuencia
Fuente. http://goo.gl/tvKBLU
-25-
Tabla 11. Ventajas de los diferentes tipos de arranques Fuente:http://goo.gl/xSOJwZ
Tabla 12. Ventajas y desventajas del arranque por resistencias primarias y autotransformador
Ventaja deseada Tipo de arrancador recomendado
Comentarios
Aceleración suave 1.-Resistencias primarias 2.-Estrella-triángulo 3.-Autotransformador 4.-Bobinados parciales
El arranque por bobinados parciales con 5 a 7 etapas produce aceleraciones suaves pero con escalones
Mínima corriente de línea
1.-Autotransformador 2.-Estrella-triángulo 3.- Bobinados parciales 4.- Resistencias primarias
Hay poca diferencia al escoger entre los sistemas 1 y 2 o entre 3 y 4
Alto par de arranque
1.- Autotransformador 2.- Resistencias primarias 3.-Bobinados parciales
El motor con bobinados parciales no podrá ser capaz de acelerar la carga a la velocidad de régimen hasta que el segundo bobinado sea conectado
Aceleraciones largas
1.- Autotransformador 2.- Estrella-triángulo 3.- Resistencias primarias
Para esta aplicación, el arrancador con resistencias primarias deberá estar dotado con resistencias apropiadas para aceleraciones largas
Arranques frecuentes
1.- Resistencias primarias 2.- Autotransformador 3.- Estrella-triángulo
En general, el arrancador a bobinados parciales no es apropiado para arranques frecuentes
Sistemas de
arranque
Características del arranque en %
de sus valores de plena tensión
Ventajas Inconvenientes
Tensión
del
motor
Corriente
de la línea
Par de
arranque
Resistencias
primarias
70 65 42 1.-Aceleración
suave. La tensión
2.-Permite transición
cerrada
3.-Alto factor de
potencia durante el
arranque
4.-Posibilidad de
obtener hasta 7 pasos
de aceleración
5.-Para bajas
potencias es más
económico que el
sistema de
autotransformador
6.-No requiere
motores con
bobinados especiales
1.-Par con baja
eficiencia
2.-Las resistencias
generan calor
3.-Lapsos de
arranque mayores a
5 segundos obligan
al empleo de
resistencias muy
costosas
4.-Dificultad para
ajustar las tensiones
de arranque a las
condiciones
variables deseadas
Autotransfor
mador
80
65
50
64
42
25
64
42
25
1.-Permite el par más
alto por la corriente
de línea
2.-Las derivaciones
del
autotransformador
permiten ajustar las
tensiones de
arranque
3.-Apropiado para
ser utilizado donde
es menester largos
períodos de arranque
4.-Permite transición
cerrada
5.-Durante el
arranque la corriente
1.-Bajo factor de
potencia
2.-Para pequeña
potencias este
sistema es el más
caro
-26-
Fuent
e:http
://goo
.gl/xSOJwZ
Tabla 13. Ventajas y desventajas del arranque estrella-triángulo y arranque por bobinados parciales
Sistemas de arranque
Características del arranque en % de sus valores en plena tensión
Ventajas Inconvenientes
Tensión del motor
Corriente de la línea
Par de arranque
Estrella-triángulo
100 33 33 1.-Apropiado para arrancar cargas con alta inercia y aceleración lenta 2.-Su costo es menor que los sistemas de resistencias primarias o autotransformador 3.-Par con alta eficiencia
1.-Requiere motores con bobinados adecuados 2.-El par de arranque es bajo 3.-Provee transición cerrada es posible pero aumenta su costo notablemente
Bobinados parciales
100 60 48 1.-Es el más barato entre los sistemas a tensión reducida 2.-Permite la transición cerrada 3.-La mayoría de los motores para dos tensiones pueden ser utilizados en la tensión
1.-No es apto para arrancar cargas con alta inercia o durante largos períodos 2.-Para tensiones mayores de 220V y /o más de dos pasos se requiere motores de diseño especial.
Fuente:http://goo.gl/xSOJwZ
2.2.9 Armónicos. Los armónicos son ondas senoidales de frecuencias múltiplos a la
nominal de red, 60Hz, y que se superponen con la onda fundamental cuando la onda
resultante no es senoidal.
Este fenómeno aparece en corriente alterna y según afecte a ondas de tensión, de
corriente, de flujo o de otras magnitudes de los campos eléctricos o magnéticos. Según
que toma el motor es
mayor que de la
línea
-27-
estudio, demostró Fourier, toda onda periódica no senoidal puede descomponerse en
una superposición de ondas perfectas senoidales, una fundamental de las misma
frecuencia que la onda final, más una serie de ondas también senoidales de frecuencia
múltiples de la anterior, que son los llamados armónicos.(MUJAL, 2000)
2.2.9.1 Problemas ocasionados por los armónicos. El valor eficaz de la onda final es
siempre, mayor que el de la onda fundamental, ya que vale exactamente la raíz cuadrada
de la suma de los cuadrados de cada uno de los valores eficaces de las ondas
fundamental y todos sus armónicos. Ello significa, que las pérdidas por efecto de Joule
para una misma resistencia serán mayores con corrientes no senoidales (con armónicos)
que con corriente perfectamente senoidales.
Así pues, los armónicos son causantes directos de mayor pérdida de potencia y por
consiguiente de energía; pero además son causantes de perturbaciones como las de
dificultar el arranque de motores y de producir vibraciones y los ruidos que
normalmente aquéllas acarrean.
Además, en un sistema trifásico se producen un problema grave con los armónicos de
orden tres y todos aquellos de órdenes múltiplos de tres.
Cuando estas ondas llegan al conductor neutro, en lugar de anularse entre las tres fases
como sucede con las ondas fundamentales, se suman, construyendo en el conductor
neutro un armónico de amplitud triple al de cada una de las fases, o bien suma de los
armónicos de cada una de esta fases, en el caso de que el consumo no fuera equilibrado.
La circulación de corrientes es importante por el neutro debido al armónico tercero y los
múltiplos de tres, generan un desprendimiento de calor significativo debido al efecto
Joule.(GARCÍA/ALABERN, 2005)
Figura 17. Armónico tercero
-28-
Fuente: http://goo.gl/MIqLDK
Las frecuencias tienen la tendencia de hacer circular mayor intensidad por el exterior
del cable que por el núcleo. A menudo, esto se suma a que la corriente eficaz que
circula por este particular conductor, no es acorde a los amperios eficaces que permite
su sección. En muchas ocasiones la sección del neutro no es la adecuada y es un defecto
que a menudo se manifiesta, llegando a causar problemas muy serios, hasta el extremo
de que puede llegar a interrumpirse o cortocircuitarse con un conductor de fase por la
presencia de una temperatura muy elevada en un imprevisto de la instalación, o generar
un “punto caliente” que puede ser causa de un incendio.
2.2.9.2 Fuentes de los armónicos. Los armónicos pueden ser producidos por las
máquinas o equipos eléctricos, por los mismos generadores en casos de máquinas
simples, por transformadores. Las instalaciones eléctricas no los producen, aunque sí
que sufren sus consecuencias por este motivo es conveniente conocer su existencia.Una
de las causas principales de los armónicos es la saturación de los núcleos magnéticos.
En los motores eléctricos de inducción los armónicos de secuencia inversa dan lugar a
pares internos desacelerados, al ser contrarios al par que crea la componente
fundamental que es de secuencia directa. Este efecto disminuye el par útil que la
máquina da en su eje y puede también provocar vibraciones y oscilaciones mecánicas en
el eje.
Figura 18. Armónicos en un motor
-29-
Fuente: http://goo.gl/u5cpme
La importancia o peso de los diferentes armónicos que contiene una línea puede medirse
con los instrumentos llamados analizadores de redes, los cuales determinan no sólo qué
armónicos están en la onda, sino el peso o módulo de cada uno de ellos.Para eliminar
los armónicos se procede colocando filtros. Estos filtros están constituidos por
conjuntos de conexiones de reactancias y capacitores. (GARCÍA/ALABERN, 2005,
pág. 98)
-28-
CAPÍTULO III
3. IMPLEMENTACIÓN DE UNA ESTACIÓN DE MEDICIÓN Y
ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS EN EL ARRANQUEA TENSIÓN
REDUCIDA Y DIRECTO DE UN MOTOR JAULA DE ARDILLA
TRIFÁSICO
3.1 Estación de medición y análisis de parámetros eléctricos en el arranque
estrella-triángulo de un motor asincrónico jaula de ardilla trifásico
La estación de medición está conformada por los siguientes equipos, aparatos de
maniobra y accesorios básicos para el desarrollo del arranque estrella-triángulo.
Figura 19. Equipos, aparatos de maniobra y accesorios básicos que conforman la estación de medición
Fuente: Autoras
3.2 Requerimientos de la estación de medición
-29-
Los equipos, aparatos de maniobra y accesorios requeridos para la implementación
están seleccionados en función al arranque estrella-triángulo son los siguientes
-29-
Tabla 14. Elementos a implementarse para la estación de trabajo
Elementos
Cantidad Caja para instalaciones eléctricas 1
Contactores 3 Relé magneto térmico 1
Relé térmico 1 Fusible y porta fusible 1
Bornerashembras tipo banana 9 Temporizador 1
Cables flexibles número 12 y 16 20m Pulsador NO 1 Pulsador NC 1
Lámpara roja y verde 2 Canaleta 1
Riel 1m Conector macho 1
Terminales en U para el cable 12 y 16 Osciloscopio de almacenamiento digital 1
Pinza amperimétrica 1 Multímetro 1 Tacómetro 1
Fuente: Autoras
3.2.1 Osciloscopio digital. Son instrumentos que permiten visualizar y medir una
señal eléctrica, con la diferencia que utilizan la digitalización de la señal de entrada. La
característica principal de un osciloscopio digital es la frecuencia de muestreo, la misma
que determina el ancho de la banda que puede medir el instrumento, viene expresada
generalmente en MS/s (millones de muestra por segundo).
Figura 20. Osciloscopio de almacenamiento digital
Fuente: Tektronix
Tabla 15. Características del osciloscopio de almacenamiento digital Osciloscopio de almacenamiento digital
-30-
Marca Modelo Características Tektronix TDS2012C
Potencia de 30w, 2 canales, ancho de banda de 100MHZ, velocidad de muestreo de 2 GS/s, frecuencia de 50-400Hz,pantalla a color,entrada USB
Fuente: Autoras
3.2.2 Principales funciones del osciloscopio. Para utilizar el osciloscopio digital
Tektronix con eficacia, se debe conocer las siguientes funciones:
• Configuración del osciloscopio.
• Disparo.
• Adquisición de señales (formas de onda).
• Escalado y posicionamiento de formas de onda.
• Medida de formas de onda.
3.2.2.1 Configuración del osciloscopio. Se debe familiarizar con varias funciones que
es posible que se tenga que utilizar a menudo al trabajar con el osciloscopio:
autoconfiguración, rango automático, guardado de una configuración y recuperación de
una configuración.
• Uso de la autoconfiguración cada vez que se pulsa el botón auto configurar, la
función auto configurar obtiene una presentación estable de forma de onda.
• Esta función ajusta automáticamente los parámetros de escala vertical, escala
horizontal y disparo.
• Configuración predeterminada. El osciloscopio está configurado para el
funcionamiento normal cuando se envía de fábrica, esta es la configuración
predeterminada. Para recuperar la configuración, se pulsa el botón configuración
predeterminada y queda listo para su uso.
-31-
3.2.2.2 Disparo. El disparo determina el momento en que el osciloscopio empieza a
obtener datosy a presentar una forma de onda. La configuración del disparo tiene tres
parámetros: canal, tipo y tensión Cuando se configura correctamente un disparo,el
osciloscopio convierte las presentaciones inestables o las pantallas en blanco en formas
de onda descriptivas. La configuración del disparo se hace presionando el botón
“trigger”.
3.2.2.3 Adquisición de señales (formas de onda). Cuando se adquiere una señal, el
osciloscopio la convierte en una forma digital y presenta una forma de onda. El modo
de adquisición define la manera en que la señal se digitaliza y en que el ajuste de la base
de tiempo afecta al margen de tiempo y al nivel de detalle de la adquisición.
3.2.2.4 Escalado y posicionamiento de formas de onda. Puede cambiar la presentación
de las formas de onda ajustando la escala y posición. Al cambiar la escala, aumenta o se
reduce el tamaño de la presentación de la forma de onda. Al cambiar la posición, la
forma de onda se desplaza hacia arriba, hacia abajo, a la derecha o a la izquierda.
3.2.2.5 Medida de formas de onda. El osciloscopio muestra gráficos comparativos de
voltaje y tiempo que pueden ayudar a medir la forma de onda presentada.
Existen varias maneras de tomar medidas. Puede utilizar la retícula, los cursores o una
medida automatizada.
3.2.3 Generador de funciones. El generador de funciones es uno de los instrumentos
de laboratorio más utilizados. Su función es producir señales eléctricas a las cuales se
les pueden modificar algunos parámetros como amplitud, frecuencia, ciclo útil, etc lo
que permite hacer pruebas de equipos, análisis de circuitos y en general, una gran
cantidad de experimentos y pruebas tanto a nivel académico, como de mantenimiento de
aparatos electrónicos. (CEKIT)
Un equipo capaz de generar señales variables en el dominio del tiempo para ser
aplicadas posteriormente sobre el circuito bajo prueba.
Los generadores de funciones producen corrientes variables en el tiempo. La forma de
variación de dichas corrientes se suele ajustar a unos tipos determinado, como son
-32-
función escalón,en dientes de sierra o senoidal, que es la más comúnmente
utilizada.(GÓMEZ, y otros).
Figura 21. Generador de funciones
Fuente: Tektronix
Tabla 16. Características del generador de funciones Generador de funciones
Marca Modelo Características
Tektronix AFG2021 Un canal ,memoria de 128 K 14 bits,velocidad de muestreo de 250MS/s,amplitud de 10 Vp-p, pantalla TFT LCD en color, y entrada USB
Fuente: Autoras
3.2.3.1 Controles básicos del generador de funciones. Aunque existen multitud de
generadores de funciones de mayor o menor complejidad todos incorporan ciertas
funciones y controles básicos que se señala en la figura 12.
En panel frontal se divide en áreas de funciones de fácil manejo. Esta sección
proporciona una rápida descripción de los controles del panel frontal y de la interfaz de
la pantalla
-33-
Los controles además nos sirven para mostrar las formas de onda típicas que son las
triangulares, cuadradas y senoidales.
Figura 22. Descripción general del panel frontal
Fuente: Tektronix
3.2.3.2 Formas de onda del generador de funciones. El generador de funciones puede
proporcionar 12 formas de onda estándar.
Tabla 17. Formas de onda del generador de funciones Tektronix AFG 2021 Sine-Sinusoidal DC-CC
Noise-ruido Degradación exponencial y haversine
Pulse-pulso Exponential rise –Incremento exponencial
Ramp-rampa Lorentz
Sin(x)/x-sen(x)/x Exponential decay
Square-cuadrada Gaussian-Gaussina
Fuente: Tektronix
Las principales características que tiene una señal son la forma de onda, la frecuencia y
la amplitud. La forma de onda, como su nombre lo indica, tiene que ver con la forma
geométrica que tiene la señal y son las más comunes en electrónica la forma seno o
senoidal, la onda cuadrada, los pulsos, la onda triangular, la onda diente de sierra y las
-34-
ondas de forma compleja que resulta de la combinación de varias señales o de algún
proceso dentro de un circuito.
Figura.23. Diferentes tipos de ondas del generador de funciones
Fuente:http://goo.gl/9VQgXk
3.2.4 Pinza amperimétrica. Es un tipo especial de amperímetro que permite evitar el
inconveniente de tener que abrir el circuito para efectuar la medida de la intensidad de
corriente. El funcionamiento de la pinza se base en la medida indirecta de la corriente
circulante por un conductor a partir del campo magnético que dicha circulación de
corriente genera. Tiene la ventaja de que es seguro para el operario que realiza la
medida, ya que no es necesario un conductor eléctrico con el circuito bajo medida; en el
caso de los cables aislados ni siquiera es necesario levantar el aislante. (VEGA &
LÓPEZ, 2006, pág. 258)
Figura 24. Pinza amperimétrica Fluke
Fuente: http://goo.gl/hlrSjM
Tabla 18. Características de la pinza amperimétrica Pinza amperimétrica
Marca Modelo Características Fluke 376 Rango de corriente CC y AC :
999,9A, resolución de: 0,1A, precisión: 1.5%±5 (20-500 Hz),
-35-
rango de voltaje en CC y CA : 1000 V
Fuente: Autoras 3.2.5 Multímetro. El multímetro es un aparato de medida que incorpora la
posibilidad de medir distintas magnitudes eléctricas como:
• tensiones • intensidades
• resistencia y frecuencia.
Es decir es una herramienta que nos permite comprobar el correcto funcionamiento de
los componentes y circuitos eléctricos por lo que es fundamental tenerla a mano cuando
realicemos nuestros proyectos.(TORRENTO pág. 57)
Figura 25. Multímetro Digital Fluke
Fuente: http://goo.gl/HoxkPS
Tabla 19. Características del multímetro digital Multímetro digital
Marca Modelo Características
-36-
Fluke 115 Tensión máx entre cualquier terminal y tierra: 600v; fusible para entrada: 11A-1000V-17KA; pantalla digital de: 6000 recuentos ,actualizaciones 4/s, gráficos de barras de 33 segmentos-actualizaciones 32/s; temperatura de funcionamiento: -10°C a +50°C y de almacenamiento: -40°C a +60°C
Fuente: Autoras
3.2.6 El tacómetro. Es un dispositivo que mide la velocidad de giro de un eje,
normalmente la velocidad de giro de un motor. Se mide en revoluciones por minuto
(RPM). Actualmente se utilizan con mayor frecuencia los tacómetros digitales, por su
mayor precisión. (KUO, 1996, pág. 166)
Figura 26. Tacómetro
Fuente: http://goo.gl/v88Cwt
Tabla 20. Características del tacómetro
Marca Modelo Características
SAMPO LT-DT2235B
Tacómetro de contacto
Medidas desde 0.5 a 19,999 RPM. velocidad
superficial (m/min), 0.05 A 1,999.9 m/min)
Tiempo de muestreo: 1 segundo (6 RPM)
Fuente: http://goo.gl/u9yhyz
-37-
3.3 Descripción de los elementos a implementar
3.3.1 Cajas para instalaciones eléctricas. Es aquella donde se puede realizar el
montaje de los equipamientos eléctricos y además los protege.Son versátiles, fáciles de
perforar y altamente resistentes.
Figura 27. Caja para instalaciones eléctricas
Fuente: http://goo.gl/lBAmfI
Tabla 21. Características de la caja para instalaciones eléctricas Caja para instalaciones eléctricas
Marca Modelo Características
STECK
LOGICBOX STECK SLB.431
Tapa :transparente Dimensionesinternas:462×284×180mm Grado de protección:IP56 Materias primas: material termo-plástico auto-extinguible
Fuente: GAMA Materiales Eléctricos S.R.L
-38-
3.3.2 Contactor. Es un componente electromecánicode mando, encargado de
conectar o interrumpir el paso de corriente en sus contactos, que se abren o cierran
gracias al accionamiento de unabobina eléctrica.
También es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o
instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de
funcionamiento una estable o de reposo (MARTÍN-GARCÍA, pág. 137)
Figura 28. Contactor
Fuente: http://goo.gl/lBAmfI
Tabla 22. Características del contactor Contactor
Marca Modelo Características
Stromelec C1D0910 Contactor para corriente alterna, con una intensidad de 9-10 A, para 120V~/60Hz, Tiene 3 contactos principales y un contacto auxiliar.
Fuente: GAMA Materiales Eléctricos S.R.L
-39-
3.3.3 Temporizador analógico multi-rango. Es un dispositivo, con frecuencia
programable, que permite medir el tiempo. Con un temporizador podemos regular la
conexión ó desconexión de un circuito eléctrico después de que se ha programado un
tiempo. El elemento fundamental del temporizador es un contador binario, encargado de
medir los pulsos suministrados por algún circuito oscilador, con una base de tiempo
estable y conocida. El tiempo es determinado por una actividad o proceso que se
necesite controlar.Se diferencia del relé, en que los contactos del temporizador no
cambian de posición instantáneamente. (MARTÍN-GARCÍA, pág. 152)
Figura 29. Temporizador
Fuente:http://goo.gl/7ga2D7
Tabla 23. Características del temporizador
Temporizador análogo Marca Modelo Características
Camsco A(6s-60m) Tensión de alimentación 220V AC~, de 18A, para fijación a base de 8 pines redondos.
Fuente: GAMA Materiales Eléctricos S.R.L
3.3.4 Relé térmico. Es un dispositivo de protección utilizado en circuitos de
automatismo, destinados al arranque de motores. Con él protege al motor contra
sobrecargas y fallos debidos a la falta de una fase. Por tanto, siempre que se realice un
circuito para el arranque de un motor, es necesario utilizar un relé térmico.
La parte de fuerza del relé térmico es la encargada de detectar la sobrecarga. Los
contactores auxiliares se utilizar para la desconexión del circuito de mando del
contactor que gestiona el motor y para señalizar el disparo. (MARTÍN-GARCÍA, pág.
158)
-40-
Figura 30. Relé térmico
Fuente: http://www.automatizando.com.co/relestermicos.htm
Tabla 24. Relé térmico Relé térmico
Marca Modelo Características Stromelec LR2D13 Tensión de alimentación 220V~ AC, intensidad de
13A, un regulador de amperios, un contactor NA y NC, 3 contactos principales.
Fuente: GAMA Materiales Eléctricos S.R.L
3.4.5 Relé magnetotérmico. Cuando la intensidad que circula de potencia supera los
límites del reglaje hecho sobre el relé magnético, es capaz de atraer a una armadura
mediante la cual podrá abrirse un contacto, y con él tirar la maniobra y como
consecuencia desconectar el receptor. (BUQUÉ, 2008, pág. 76)
Figura 31. Relé magneto térmico
Fuente: http://goo.gl/cnuw2X
Tabla
Marca Modelo
STECK SDZ 3P C16
Fuente: GAMA Materiales Eléctricos S.R.L
3.4.6 Canaleta ranurada.
control, los cables se pueden colocar y retirar con facilidad.
Tabla
Marca Modelo Camsco AD-0L-(25x25)
Fuente: G
3.4.7 Porta fusibles.
30A, es necesario usar
portafusibles. Este tipo de fusibles se fabrican para una gama más amplia de voltajes y
corrientes; y los portafusibles están diseñados de tal forma que es difícil colocar un
fusible de una capacidad
mejor dicho, al rango que corresponde.
-41-
Tabla 25. Características del relé magneto térmicoRelé magnetotérmico
Modelo Características
SDZ 3P C16 Intensidad de 16A, voltaje de 400V~/60contactos principales.
Fuente: GAMA Materiales Eléctricos S.R.L
Canaleta ranurada. Son elementos apropiados para alambrar tabl
os cables se pueden colocar y retirar con facilidad.
Figura 32. Canaleta ranurada
Fuente:http://goo.gl/i1sHuj
Tabla 26. Características de la canaleta ranurada Canaleta ranurada
Modelo Características (25x25) Tiene una temperatura de servicio de 40ºC + 85ºC,
Disponibles en color gris en 8 tamañosFuente: GAMA Materiales Eléctricos S.R.L
fusibles. En las instalaciones eléctricas en donde la corriente excede a
30A, es necesario usar fusibles del llamado tipo cartucho y su correspondiente
portafusibles. Este tipo de fusibles se fabrican para una gama más amplia de voltajes y
corrientes; y los portafusibles están diseñados de tal forma que es difícil colocar un
fusible de una capacidad de corriente diferente a la que corresponde al portafusible, o
mejor dicho, al rango que corresponde.
Figura 33. Porta fusibles
. Características del relé magneto térmico
voltaje de 400V~/60-50Hz, 3
s para alambrar tableros de
Tiene una temperatura de servicio de 40ºC + 85ºC, ris en 8 tamaños.
En las instalaciones eléctricas en donde la corriente excede a
fusibles del llamado tipo cartucho y su correspondiente
portafusibles. Este tipo de fusibles se fabrican para una gama más amplia de voltajes y
corrientes; y los portafusibles están diseñados de tal forma que es difícil colocar un
de corriente diferente a la que corresponde al portafusible, o
-42-
Fuente: http://goo.gl/MxqpVH
Tabla 27. Características del porta fusibles Porta fusibles
Marca Modelo Características Camsco RT18-32 Corriente nominal de 32A, tensión 500V~.Colocado un
fusible de 2A. Fuente: GAMA Materiales Eléctricos S.R.L
3.4.8 Cable felxible. Los cables flexibles son usados generalmente para conectar
equipos y aparatos móviles. Su característica de flexibilidad los faculta para soportar
movimientos o vibraciones que se presentan en algunas aplicaciones específicas. Los
cables Flexibles cabel permiten que durante su instalación y operación sean
maniobrables y conserven sus propiedades eléctricas y mecánicas, de tal forma que la
conducción de energía eléctrica se realice de forma segura y confiable.
Figura 34. Cable flexible
Fuente: Electrotelecom AC
3.4.9 Terminales. Son accesorios que se colocan al final o principio de un conductor
(cables flexibles), son de varias secciones dependiendo del cable que se va ha conectar.
Sirven para armar un circuito, conectando los cables con los
(contactor, relé térmico, temporizador etc.)
3.4.10 RielDIN. Es una b
sección transversal en forma de sombrero. Es muy usado para el montaje de elementos
eléctricos de protección y mando, tanto en aplicaciones industriales como en viviendas.
3.4.11 Pulsadores.Son de accionamiento manual. Permiten abrir y/o cerrar circuitos
cuando se ejerce presión sobre él. Sus contactos vuelven a la posición
mediante un resorte cuando cesa la acción.
Los botones de los pulsadores
especial atención al color verde que se utiliza para la puesta en marcha y al rojo que se
utiliza para la parada.(BUQUÉ, 2008, pág. 143)
-43-
on accesorios que se colocan al final o principio de un conductor
(cables flexibles), son de varias secciones dependiendo del cable que se va ha conectar.
Sirven para armar un circuito, conectando los cables con los elementos de maniobra
(contactor, relé térmico, temporizador etc.)
Figura 35. Terminales
Fuente: Electrotelecom AC
s una barra de metal normalizada de 35mm
sección transversal en forma de sombrero. Es muy usado para el montaje de elementos
eléctricos de protección y mando, tanto en aplicaciones industriales como en viviendas.
Figura 36. Riel DIN
Fuente: Electrotelecom AC
Son de accionamiento manual. Permiten abrir y/o cerrar circuitos
cuando se ejerce presión sobre él. Sus contactos vuelven a la posición
cuando cesa la acción.
Los botones de los pulsadores pueden ser de diferentes colores, pero hay que prestar
especial atención al color verde que se utiliza para la puesta en marcha y al rojo que se
(BUQUÉ, 2008, pág. 143)
on accesorios que se colocan al final o principio de un conductor
(cables flexibles), son de varias secciones dependiendo del cable que se va ha conectar.
elementos de maniobra
mm de ancho con una
sección transversal en forma de sombrero. Es muy usado para el montaje de elementos
eléctricos de protección y mando, tanto en aplicaciones industriales como en viviendas.
Son de accionamiento manual. Permiten abrir y/o cerrar circuitos
cuando se ejerce presión sobre él. Sus contactos vuelven a la posición de reposo,
pueden ser de diferentes colores, pero hay que prestar
especial atención al color verde que se utiliza para la puesta en marcha y al rojo que se
-44-
Figura 37. Pulsadores
Fuente: Electrotelecom AC
3.4.12 Espiral para cable. Es un tubo organizador de cables.Sirve para cubrir los
cables en un circuito,en aparatos de sonido,para organizar cables de equipo de
cómputo,etc
Figura 38. Espiral para cable
Fuente: Electrotelecom AC
3.4.13 Lámparas piloto. Son dispositivos de señalización luminosa y disponen de un
tamaño similar al de los pulsadores. Se pueden utilizar de diferentes colores, reservando
el rojo para señalización de fallos y alarmas. (BUQUÉ, 2008, pág. 150)
Figura 39. Lámparas piloto
3.4.14 Borneras tipo banana.
la red trifásica y el circuito a ser alimentado al momento de realizar una práctica de
laboratorio.
3.5 Montaje de los equipos a impleme
Los aparatos de maniobras y accesorios se montan en la estación de trabajo para poder
desarrollar las prácticas de laboratorio para la medición y análisis de señales analógicas
en el arranque estrella-triángulo
3.5.1 Tablero eléctrico
circuito de mando y de potencia ,el tablero tiene las siguientes medidas:
-45-
Fuente: Electrotelecom AC
Borneras tipo banana. El borne tipo banana es un tipo de conector seguro entre
la red trifásica y el circuito a ser alimentado al momento de realizar una práctica de
Figura 40. Borneras tipo banana
Fuente: Electrotelecom AC Montaje de los equipos a implementarse
Los aparatos de maniobras y accesorios se montan en la estación de trabajo para poder
desarrollar las prácticas de laboratorio para la medición y análisis de señales analógicas
triángulo
Tablero eléctrico. Para proceder armar el tablero eléctrico nos guiamos del
circuito de mando y de potencia ,el tablero tiene las siguientes medidas:
Figura 41. Tablero eléctrico
un tipo de conector seguro entre
la red trifásica y el circuito a ser alimentado al momento de realizar una práctica de
Los aparatos de maniobras y accesorios se montan en la estación de trabajo para poder
desarrollar las prácticas de laboratorio para la medición y análisis de señales analógicas
armar el tablero eléctrico nos guiamos del
circuito de mando y de potencia ,el tablero tiene las siguientes medidas:
-46-
Fuente: Autoras
3.5.2 Montaje de los apartos de maniobra. Una vez perforada la caja con sus
respectivos orificios colocamos los pulsadore,las lámparas piloto y las borneras hembras
tipo bananas
Figura 42. Montaje de los aparatos de maniobra
Fuente:Autoras
Colocamos los diferentes elementos en el riel din del tablero eléctrico, guiándonos del
circuito de mando y circuito de potencia, se ajustan las conexiones internas de los
cables, verificamos el funcionamiento, colocamos la canaleta y envolvemos el espiral
para cubrir los cables.
Figura 43. Armado del tablero eléctrico
-47-
Fuente: Autoras
3.6 Medición y análisis de parámetros eléctricos en el arranque estrella-
triángulo de un motor asincrónico jaula de ardilla trifásico
Para el análisis y medición de los parámetros que se producen en el arranque estrella-
triángulo de un motor jaula de ardilla trifásica se realizaron las conexiones y el montaje
del circuito de potencia mostrado en la Figura 7. En la Tabla 28 se detallan los equipos,
aparatos de maniobra y accesorios utilizados para este propósito.
Tabla 28. Lista de equipos, aparatos de maniobra y accesorios para la medición de parámetros en el arranque estrella-triángulo
Identificación Cantidad Fuente de energía 1 Tablero de eléctrico 1 Cables flexibles 10 Motor de inducción jaula de ardilla 1 Electrodinamómetro 1 Osciloscopio de almacenamiento digital 1 Pinza amperimétrica 1 Multímetro 1 Tacómetro 1
Fuente: Autoras
Se selecciona un método de arranque a tensión reducida, cuando no se requiera de un
elevado par de arranque. La tensión en el arranque se reduce con el propósito de reducir
la corriente de arranque.
3.6.1 Resultados en el arranque estrella-triángulo
-48-
En la tabla 29 se muestran las características de placa del motor asincrónico jaula de
ardilla trifásico, estos valores servirán de referencia para determinar su variación
durante el arranque y en su régimen estable de funcionamiento en el arranque estrella -
triángulo
Tabla 29. Características de un motor trifásico jaula de ardilla para el arranque estrella-triángulo
Fuente: Autoras
En la tabla 30 se indican las mediciones obtenidas en el motor conectado en estrella-
triángulo, durante el arranque trabaja en vacío y con carga variable. Para realizar el
arranque estrella- triángulo es necesario tener un motor de 6 terminales accesibles para
provocar la transición (estrella-triángulo).
Tabla 30. Resultados en arranque estrella-triángulo en un motor MAJA 3F Arranque estrella-triángulo (fuente variable 4-5-6)
Carga
tarr
Iarr
Ire
VFA
VFf
RPM
Vacío 5 1,7 0,7 68,3 118,9 1774
2 5 3,6 0,8 66,2 117 1753
4 7 3,7 0,9 67 102 1731
Fuente: Autoras
En el arranque estrella -triángulo la Iarr se reduce en √3;el momento par de arranque se
reduce a 1/3 Mnom.Para el arranque por estrella- triángulo la tensión se reduce,
únicamente cuando arranca el motor, para luego alimentar al motor con la tensión
nominal.
√
√ 70 (1)
120
Figura 44. Carga vs RPM
Intensidad(In) Potencia (P) Velocidad (n) Frecuencia 1.2ª 175W 1670 RPM 60Hz
En la figura 44 se observa como las RPM disminuyen según la carga q
cuando el motor arranca en vacío
colocamos una carga de 4
En la figura 45 observamos
carga que se coloca en el electrodinamómetro.
3.6.2 Mediciones con el osciloscopio en el arranque estrella
las siguientes medidas que fueron tomadas con el osciloscopio.
000
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
1
RP
M
000
2
4
6
8
10
12
14
I a
rr
-49-
Fuente:Autoras
se observa como las RPM disminuyen según la carga q
ando el motor arranca en vacío se puede observar que RPM son altas
colocamos una carga de 4lbxpulg observamos que los RPM son bajas.
Figura 45. Carga vs Iarr
Fuente:Autoras
observamos que la intensidad de arranque se va incrementando según la
carga que se coloca en el electrodinamómetro.
Mediciones con el osciloscopio en el arranque estrella- triángulo.
las siguientes medidas que fueron tomadas con el osciloscopio.
0 0 2 40
1774 17531731
1 2 3 4 5
Carga
0 2 4
1,7
3,6
3,7
Carga
se observa como las RPM disminuyen según la carga que se coloca,
servar que RPM son altas, pero cuando
s.
que la intensidad de arranque se va incrementando según la
triángulo. Se observó
RPM
Carga
-50-
Figura 46. Valor de la frecuencia medida en la red
Fuente:Tektronix
El valor de la frecuencia que se trabaja en el Ecuador es 60 Hz ,los cual se pudo
observar en el osciloscopio con un valor aproximado de 59,95 Hz.
Figura 47. Valor del período
Fuente:Tektronix
El tiempo que se obtuvo es necesario para que un ciclo de la señal de la frecuencia se
produzca y es la inversa de la frecuencia
T = 1 / f (2)
T = 1 / 59,95 Hz
T=16,68 ms
Figura 48. V pico-pico
-51-
Fuente:Tektronix
La diferencia entre el voltaje máximo y un voltaje mínimo es el valor del Vpp dando
como resultado un valor de 204 V.
Figura 49. RMS
Fuente:Tektronix
RMS=Vp*0,707 (3)
RMS=102V*0,707
RMS=72,1V
Figura 50. Desfase de los devanados entre 0 y 120 ° de un motor trifásico
Fuente: Tektronix
Figura 51. Desfase de los devanados entre 0 y -120 ° de un motor trifásico
El sistema trifásico de tensiones o
tres fases (R, S, y T) tienen un desplazamiento angular de 120° entre ellas y los módulos
de sus vectores tienen la misma magnitud es decir están desfasados simétricament
El sistema trifásico presenta una serie de ventajas como son la economía de sus líneas
de transporte de energía (hilos más finos que en un
En caso que el sistema este desequilibrado
ocurrir que los módulos vectoriales de cada una de las fases sean distintos, que el
espacio angular (desfases) entre dos vectores sea diferente de 120°, o que ocurran
ambas cosas a la vez.(GARCÍA/ALABERN, 2005)
-52-
Fuente: Autoras
Figura 52. Sistema trifásico equilibrado
Fuente: Motores y máquinas eléctricas
sistema trifásico de tensiones o corriente está perfectamente equilibrado cuando sus
tres fases (R, S, y T) tienen un desplazamiento angular de 120° entre ellas y los módulos
ctores tienen la misma magnitud es decir están desfasados simétricament
El sistema trifásico presenta una serie de ventajas como son la economía de sus líneas
de transporte de energía (hilos más finos que en una línea monofásica equivalente).
En caso que el sistema este desequilibrado el conjunto de impedancia es
ocurrir que los módulos vectoriales de cada una de las fases sean distintos, que el
espacio angular (desfases) entre dos vectores sea diferente de 120°, o que ocurran
(GARCÍA/ALABERN, 2005)
corriente está perfectamente equilibrado cuando sus
tres fases (R, S, y T) tienen un desplazamiento angular de 120° entre ellas y los módulos
ctores tienen la misma magnitud es decir están desfasados simétricamente.
El sistema trifásico presenta una serie de ventajas como son la economía de sus líneas
a línea monofásica equivalente).
el conjunto de impedancia es distintas, puede
ocurrir que los módulos vectoriales de cada una de las fases sean distintos, que el
espacio angular (desfases) entre dos vectores sea diferente de 120°, o que ocurran
Figura
Figura 54. Armónicos medidos en el arranque estrella
Figura 55. Armónicos medidos en el arranque estrella
Figura 56. Armónicos medidos en el
-53-
Figura 53. Sistema trifásico desequilibrado
Fuente: Motores y máquinas eléctricas
Armónicos medidos en el arranque estrella-triángulo sin carga
Fuente: Autoras
Armónicos medidos en el arranque estrella-triángulo con ca
Fuente: Autoras Armónicos medidos en el arranque estrella –triángulo con carga de 4
triángulo sin carga
triángulo con carga de 2lbf-plg
triángulo con carga de 4lbf-plg
-54-
Fuente: Autoras
Los armónicos en los motores jaula de ardilla trifásica es la distorsión producida por
saturación magnética en los núcleos del motor o transformador o por la acción de
conmutación de tiristores en mandos eléctricos. La distorsión de un voltaje y corriente
puede atribuirse a los armónicos que contiene.
Un armónico es cualquier corriente (I) y tensión (V) cuya frecuencia es un múltiplo
entero de (2,3, 4, etc. veces) la frecuencia de línea.
El fenómeno de los armónicos afecta a los motores eléctricos cuando existe excesivo
calor que se produce por las demandas de corrientes anormales.
3.7 Medición y análisis de parámetros eléctricos en el arranque directo de un
motor asincrónico jaula de ardilla trifásico.
Para el análisis y medición de los parámetros que se producen en el arranque directo de
un motor jaula de ardilla trifásico se realizaron las conexiones y el montaje del circuito
de potencia mostrado en la figura 4.En la tabla 31 se detallan los equipos, aparatos de
maniobra y accesorios utilizados para este propósito
Tabla 31. Lista de equipos, aparatos de maniobra y accesorios para la medición de parámetros en el arranque directo
Identificación Cantidad
Fuente de energía 1
Tablero de componentes 1
Cables flexibles 10
-55-
Interruptor de circuito 1
Pulsador abierto 1
Pulsador cerrado 1
Contactores electromagnéticos 1
Motor de inducción jaula de ardilla 1
Electro-dinamómetro 1
Pinza amperimétrica 1
Multímetro 1
Tacómetro 1
Fuente: Autoras
3.7.1 Resultados en el arranque directo con motor jaula de ardilla. En la tabla 32 se
muestran las características de placa del motor asincrónico jaula de ardilla trifásico,
estos valores servirán de referencia para determinar su variación durante el arranque y
en su régimen estable de funcionamiento.
Tabla 32. Características de un motor trifásico jaula de ardilla para el arranque directo Intensidad(In) Potencia (P) Velocidad (n) Frecuencia
1.2 A 175W 1670 RPM 60Hz
Fuente: Autoras
En la tabla 33 se indican las mediciones obtenidas en el motor conectados sus
devanados en estrella, durante el arranque directo trabajando en vacío y con carga
variable.
Tabla 33. Resultados en arranque directo en vacío y con carga en el motor trifásico jaula de ardilla
Arranque directo (fuente fija 1-2-3)
Carga
tarr
Iarr
Ire
UL
UFA
UFf
RPM
Vacío 2 4,2 0,8 205 118 118 1671
2 3 6,3 0,8 204 117,2 117,7 1728
4 3 6,3 0,9 204 116,2 116,7 1573
6 3 6,4 1,0 204 115,8 115,3 1560
Fuente: Autoras
-56-
El dato de placa referente al voltaje U = 120V y la intensidad I = 1.2A corresponde a la
conexión en triángulo.
Figura 57. Conexión en triángulo (izquierda) y conexión en estrella
Fuente: http://goo.gl/bvdKUE
A continuación se puede visualizar como se realizó la toma de medidas tanto de voltaje
como de intensidad en el arranque directo con un motor trifásico MAJA 3F.
Figura 58. Diagrama de medición de voltaje de línea e intensidad
Fuente: Autoras
V1= VRS
V2= VST Corresponde al voltaje de línea VL
V3= VRT
El voltaje V = 120 es la tensión que se aplica a cada devanado. De las mediciones
realizadas se determina que:
• Cuando arranca en vacío la Iarr alcanza un valor de bajo. A medida que se
incrementa la carga la Iarr aumenta.
• Con carga en el motor la Iarr llegó a ser los 8 In (7,2 A) por su conexión en
estrella; los 9,6A para la conexión en triángulo.
-57-
• Las Iarr elevados provocan un sobrecalentamiento del motor, lo cual ocasiona un
incremento en la pérdida del mismo. Si el número de las maniobras es elevado (#
arranques) podría activar la protección térmica, lo cual evitará que el motor vuelva a
arrancar.
• El arranque directo se lo selecciona cuando se requiere de un alto par de arranque.
3.8 Medición y análisis de parámetros eléctricos en el arranque por
resistencias estatóricas de un motor asincrónico jaula de ardilla trifásico.
Medición y análisis de parámetros eléctricos en el arranque por resistencias estatóricas
de un motor asincrónico jaula de ardilla trifásico.
Para el análisis y medición de los parámetros que se producen en el arranque por
resistencias estatóricas de un motor jaula de ardilla trifásica se realizaron las conexiones
y el montaje del circuito de potencia mostrado en la figura 5.En la tabla 34se detallan
los equipos, aparatos de maniobra y accesorios utilizados para este propósito.
Tabla 34. Lista de equipos, aparatos de maniobra y accesorios para la medición de parámetros en el arranque por resistencias estatóricas
Identificación Cantidad
Fuente de energía 1
Tablero de componentes 2
Cables flexibles 10
Interruptor de circuito 1
Pulsador abierto 1
Pulsador cerrado 1
Contactores electromagnéticos 2
Resistencias 2
Electrodinamómetro 1
Motor de inducción jaula de ardilla 1
Pinza amperimétrica 1
Multímetro 1
Tacómetro 1
Fuente: Autoras
-58-
Para seleccionar un método de arranque a tensión reducida se debe tomar en cuenta que
no se requiera de un elevado par de arranque. La tensión en el arranque se reduce con el
propósito de reducir la Iarr.
3.8.1 Resultados en el arranque por resistencias estatóricas. En la tabla 35 se
indican las mediciones obtenidas en el arranque por resistencias estatóricas con el motor
MAJA, durante el arranque trabaja en vacío y con carga variable
Tabla 35. Resultados en arranque por resistencias estatóricas de un MAJA 3F
Arranque por resistencias estatóricas (fuente fija 1-2-3)
Carga
tarr
Iarr
Ire
VR
VFA
VFf
RPM
Vacío 7 3,1 0,8 30 97 114 1760
2 8 3,3 0,8 30 89 115 1752
4 9I 3,3 0,9 30 88,3 115,8 1743
Fuente: Autoras
Cuando es un arranque por resistencias estatóricas, la tensión se reduce, únicamente
cuando arranca el motor, para luego alimentar al motor con la tensión nominal.
Figura 59. Diagrama de medición de voltaje
Fuente: Autoras
Cuando se arranca a tensión reducida por resistencias en el primario las pérdidas de
potencia (energía) se incrementan, estas se disipan en el aire. En consecuencia se
incrementan los costos de consumo de energía
-59-
3.9 Descripción de los equipos, aparatos de maniobra y accesorios necesarios
para armar los circuitos de potencia y mando en el arranque directo y a tensión
reducida del motor trifásico jaula de ardilla
3.9.1 Fuente de alimentación o fuente de energía. Es la que suministra toda la
energía necesaria de CA/CD, fija y variable, de una y tres fases. El modulo debe
conectarse a un sistema de tres fases en Υ, 120/ 208 volts, de cuatro hilos (con el quinto
hilo a tierra).La energía llega a través de una clavija de cinco patas posteriores del
módulo.
Figura 60. Fuente de alimentación
Fuente: Laboratorio de control industrial
Tabla 36. Características de la fuente de alimentación Fuente de energía
Marca Modelo Rango de energía
Lab-Volt EMS 8812 CA/CD, fija y variable, de una y tres fases.
Fuente: Control de motores industriales
-60-
3.9.2 Tablero de componentes. El tablero de componentes proporciona un método
conveniente de armar los dispositivos para realizar los experimentos anotados en el
manual del estudiante, se debe montar en las aberturas del módulo, por medio de los
muelles de hoja de fijación que lo mantiene en su sitio.
Los tableros también proporcionan un camino a tierra para el marco metálico de cada
dispositivo de control
Figura 61. Tablero de componentes
Fuente: Laboratorio de control industrial
Tabla 37. Características del tablero de componentes Tablero de componentes
Marca Modelo
Lab-Volt EMS 9127
Fuente: Control de motores industriales
3.9.3 Relé temporizado. Un relevador de tiempo o de retardo es un dispositivo de
circuito de control que suministra una función de conmutación con el paso del tiempo.
(WILDI, y otros, 1981)
-61-
Figura 62. Relé temporizador
Fuente: Control de motores industriales
Tabla 38. Características del relé temporizado Relé temporizado
Marca Modelo Características
Lab-Volt EMS 9107-2 bobina 120V-60Hz contactos 250V-10A-CA
Fuente: Control de motores industriales
3.9.4 Contactor electromagnético.Los contactos son dispositivos para establecer e
interrumpir repetidamente un circuito de energía eléctrica. Un contactor
electromagnético es un relevador del tipo de potencia con contactos de trabajo pesado
para interrumpir cargas industriales. (WILDI, y otros, 1981)
-62-
Figura 63. Contactor
Fuente: Control de motores industriales
Tabla 39. Características del contactor electromagnético Contactor electromagnético
Marca Modelo Características
Lab-Volt EMS 9106-2 Bobina 120 V-60 Hz
Fuente: Autoras
3.9.5 Pulsador abierto /cerrado o interruptores de botones de presión. Es un
dispositivo para establecer, interrumpir o cambiar las conexiones de un circuito
eléctrico. Puede ser un circuito normalmente abierto y normalmente cerrado.
Figura 64. Pulsador abierto y cerrado
Fuente: http://goo.gl/ydtvIk
Tabla 40. Características del pulsador abierto y pulsador cerrado Pulsadores abierto y pulsador cerrado
Marca Modelo Características
Lab-Volt EMS 9102(rojo) EMS 9103(negro)
120V-10A –CA/CC
-63-
Fuente: Autoras
3.9.6 Interruptor de circuito. Es un dispositivo diseñado para abrir y cerrar un
circuito por medios no automáticos y de abrir automáticamente el circuito a una
sobrecarga predeterminada de corriente, sin daño a si mismo cuando se usa
apropiadamente dentro de sus especificaciones. (WILDI, y otros, 1981)
Figura 65. Interruptor de circuito
Fuente: Control de motores industriales
Tabla 41. Características del interruptor de circuito
Interruptor de circuito Marca Modelo Características
Lab-Volt EMS 9110-2 208V-3∅-5ª
Fuente: Autora
3.9.7 Cables para la conexión. El conjunto de cables consisten en cables de
conexión con clavijas de banana de apilación.Estos cables altamente flexibles para uso
pesado vienen en distintas longitudes y colores para utilizarlos en las interconexiones de
los circuitos de control. (WILDI, y otros, 1981)
Figura 66. Cables flexibles
Fuente: Control de motores industriales
-64-
Tabla 42. Características de cables para la conexión Cables para la conexión
Marca Modelo
Lab-Volt EMS 9128
Fuente: Control de motores industriales
3.9.8 Motor de inducción jaula de ardilla. Llamado también rotor jaula de ardilla es
aquel que tiene un cilindro acoplado a un eje y en el interior tiene un rotor constituido
por chapas longitudinales de aluminio o de cobre y estas se conectan con los anillos de
los extremos en corto circuito. Es similar a la jaula de un hámster por su sencillez
constructiva.
Figura 67. Motor de inducción jaula de ardilla
Fuente: Laboratorio de control industrial
Tabla 43. Características del motor de inducción jaula de ardilla Motor de inducción jaula de ardilla
Marca Modelo Características
Lab-Volt EMS 8221-20 175W-1670 r/min-208V-1,2A;3∅-60 Hz
Fuente: Control de motores industriales
-65-
3.9.9 Resistencias. Las resistencias se utilizan en los circuitos de control de motores
para limitar el flujo de la corriente durante determinados períodos de
funcionamiento.También se utiliza como divisores de voltaje o para limitar el voltaje
aplicando a los dispositivos piloto. Contrario a los inductores o capacitores, las
resistencias no pueden almacenar energía eléctrica sino que la disipan en forma de calor.
Cada una de las resistencias contiene tres resistencias idénticas separadas. Los
elementos de resistencia son dispositivos del tipo de potencia que pueden soportar
grandes sobrecargas por períodos reducidos.
Figura 68. Resistencias
Fuente: Laboratorio de control industrial
Tabla 44. Características de las resistencias Resistencias
Marca Modelo Características
Lab-Volt EMS 9115-2. 40 W-5%de tolerancia
Fuente: Control de motores industriales
3.9.10 Electrodinamómetro. El electrodinamómetro utiliza dos campos
electromagnéticos para su funcionamiento. Un campo lo crea la corriente por un par de
bobinas fijas conectadas en serie. El otro campo se debe a la corriente que circula por
una bobina móvil asociada al eje pivote.
-66-
Si las corrientes en las bobinas están en los sentidos correctos, la aguja gira en el sentido
de las agujas del reloj. El par de rotación en la bobina móvil se debe a las fuerzas
magnéticas opuestas de tres bobinas.
El electrodinamómetro puede funcionar en corriente alterna debido a que la corriente
alterna invierte el sentido simultáneamente en las tres bobinas. (FOWLER, 1994, pág.
52)
Figura 69. Electrodinamómetro
Fuente: Laboratorio de control industrial
Tabla 45. Electrodinamómetro Electrodinamómetro
Marca Modelo Características
Lab-Volt EMS 8911-2 120V-2A;60Hz Velocidad: :0-5000r/min Par:0-27 lbf-plg
Fuente: Control de motores industriales
4. ELABORACIÓN DE LAS GUÍAS PRÁCTICAS DEL
DE ELECTRÓNICA
4.1 Elaboración de la guía para las prácticas en el laboratorio de Electrónica.
Se recomienda guiarse en este documento para realizar los informes de laboratorio
que es una pauta que se puede brindar a cada uno de los
prácticas en el laboratorio de electrónica.
-65-
CAPÍTULO IV
ELABORACIÓN DE LAS GUÍAS PRÁCTICAS DEL
DE ELECTRÓNICA
Elaboración de la guía para las prácticas en el laboratorio de Electrónica.
Se recomienda guiarse en este documento para realizar los informes de laboratorio
que es una pauta que se puede brindar a cada uno de los estudiantes para sus respectivas
en el laboratorio de electrónica.
Figura 70. Estructura del informe de prácticas
Fuente: Autoras
ELABORACIÓN DE LAS GUÍAS PRÁCTICAS DEL LABORATORIO
Elaboración de la guía para las prácticas en el laboratorio de Electrónica.
Se recomienda guiarse en este documento para realizar los informes de laboratorio ya
para sus respectivas
. Estructura del informe de prácticas
-66-
a) Práctica N°1
• Tema
Comportamiento de un motor jaula de ardilla en arranque directo.
• Objetivos
Objetivo general: Observar el comportamiento del motor jaula de ardilla en este tipo
de arranque.
Objetivos específicos:
a) Realizar la conexión del circuito de mando y de potencia en el arranque
directo.
b) Tomar mediciones de corriente y de voltaje al momento del arranque directo
con el motor en vacío y con carga
c) Comparar el voltaje entre las líneas y el voltaje de fase a fin de establecer
diferencias.
• Metodología
En esta práctica de laboratorio nos basaremos en un método comparativo en él que
ayudados por la implementación física del circuito de arranque directo de un motor
trifásico jaula de ardilla, relacionaremos magnitudes eléctricas medidas de forma
práctica, con aquellas que obtendremos por medio del cálculo.
• Equipos y materiales
a) Fuente de energía: Lab-Volt EMS 8812. Características: ca/cd, fija y
variable trifásica
b) 1 Tablero de componentes: Lab-Volt EMS 9127.
c) 1 Contactores: Lab –Volt EMS 9106-2. Características: bobina 120V-
60Hz;250VCA-10A
-67-
d) 1 pulsadores abierto: 120V-10A –CA/CC
e) 1 pulsador cerrado: 120V-10A –CA/CC
f) 1 interruptor de circuito: 208V-3∅-5A
g) Cables flexibles: Lab-Volt EMS 9128
h) Motor de inducción jaula de ardilla marca: Lab-Volt EMS8221-20.
Características: 175W-1670 r/min-208V-1,2V;3∅-60 Hz
i) Electrodinamómetro
j) Pinza amperimétrica: Fluke 376.Características: rango corriente CC y AC
999.9 A, resolución0.1 A, precisión1.5%±5 (20-500 Hz) y rango de voltaje
CC y AC 1000 V.
k) Multímetro: Fluke 115.Características: Tensión máxima entre cualquier
terminal y tierra 600 V,11 A, 1000 V, 17 kA, 6000 recuentos,
actualizaciones 4/s, 33 segmentos, actualizaciones 32/s.
• Marco teórico
Arranque directo. Un motor arranca en forma directa cuando a sus bornes se aplica
directamente la tensión de la red eléctrica a la que debe trabajar. Este método se
emplea solo en máquinas con potencia inferior a 5Kw, la ventaja de este tipo de
arranque es su elevado par de arranque, que es 1.5 veces el valor nominal, la
intensidad de arranque se eleva de 2.5 a 8 veces la intensidad nominal.
Figura 71. Circuito de mando y de fuerza del arranque directo (guía)
Fuente: Autoras
-68-
• Procedimiento
Preparar los equipos, aparatos de maniobra y accesorios necesarios para la medición
de parámetros en el arranque para implementar la práctica.
Figura 72. Equipos, aparatos de maniobra y accesorios en el arranque directo
Fuente: Autoras
• Objetivo a:Realizar la conexión del circuito de mando y de potencia para el
arranque directo. Para proceder armar el circuito de mando y de potencia ver en la
figura 61.
Figura 73. Circuito de mando y potencia (directo)
Fuente: Autoras
Verificar que todas las conexiones se encuentren realizadas correctamente antes de la
puesta en marcha del sistema para prevenir accidentes.
-69-
Figura 74. Verificación de la conexión (directo)
Fuente: Autoras
• objetivo b:Tomar mediciones de corriente y de voltaje al momento del
arranque directo con el motor en vacío y con carga.
a) Medir con la pinza amperimétrica la corriente al momento del arranque
con el motor en vacío y con carga
b) Observar el valor de la corriente de arranque
c) Esperar que se estabilice y tomar el valor de la corriente de régimen.
d) Medir con el multímetro el voltaje de línea y el voltaje de fase al
momento del arranque en vacío y con carga
Figura 75. Diagrama de medición de voltaje de línea, voltaje de fase y de la intensidad (guía)
Fuente: Autoras
e) Anotar los valores obtenidos en la tabla 46.
A continuación se puede visualizar como se realizó la toma de medidas tanto de
voltaje como de intensidad en el arranque directo con un motor trifásico MAJA 3F.
-70-
Tabla 46. Resultados en el arranque directo Arranque directo (fuente fija 1-2-3)
Carga
tarr
Iarr
Ire
UL
UFA
UFf
RPM
Fuente: Autoras
• objetivo c: Comparar el voltaje entre las líneas y el voltaje de fase a fin de
establecer diferencias
Los valores de voltaje de línea y de fase en el arranque directo con el motor en vacío
y con carga anotarlos en la tabla 46.
• Conclusiones y recomendaciones:
a) Conclusiones. Mediante esta práctica logramos una mejor comprensión de
las características que tiene el arranque directo a través de los resultados que
observamos en la práctica y relacionamos con la teoría mencionada.
b) Recomendaciones. Procure conectar de forma correcta el multímetro en caso
de desconocimiento revise el manual de equipo. Seleccionar la escala apropiada.
Revisar el estado de los cables para su conexión.
b) Práctica N° 2
• Tema
Arranque estrella-triángulo en un maja 3f
• Objetivos
Objetivo general: Realizar un análisis y verificación del comportamiento de un
motor jaula de ardilla en un arranque estrella –triángulo.
-71-
Objetivos específicos:
a) Armar y verificar el circuito de mando y potencia para el arranque
estrella –triángulo.
b) Utilizar el multímetro y la pinza amperimétrica para la medición de
magnitudes, voltaje, intensidad aplicando las normas respectivas
c) Toma de lecturas de las señales con el osciloscopio en el arranque
estrella-triángulo
• Metodología
Para proceder a realizar la práctica de laboratorio nos guiamos en el diagrama
identificando los diferentes componentes luego comprobamos el funcionamiento del
circuito de mando y potencia. Tomamos los resultados mediante las diferentes
valoraciones obtenidas y formas de ondas que nos muestra el osciloscopio
• Equipos y materiales
a) Fuente de energía: Lab-Volt EMS 8812. Características: ca/cd, fija y
variable, trifásica.
b) 1 Tablero eléctrico
c) Cables flexibles: Lab-Volt EMS 9128
d) Motor de inducción jaula de ardilla marca: Lab-Volt EMS 8221-20.
Características: 175W-1670 r/min-208V-1,2A;3∅-60 Hz
e) Electrodinamómetro
f) Osciloscopio de almacenamiento digital: Tektronix
TDS2012C.Características: 30 W,2 canales, ancho de banda de 100 MHz.
g) Pinza amperimétrica: Fluke 376.Características: rango corriente CC y AC
999.9 A, resolución 0.1 A,precisión 1.5%±5 (20-500 Hz) y rango de voltaje
CC y AC 1000 V.
h) Multímetro: Fluke 115.Características: Tensión máxima entre cualquier
terminal y tierra 600 V,11 A, 1000 V, 17 kA, 6000 recuentos,
actualizaciones 4/s, 33 segmentos, actualizaciones 32/s
i) Tacómetro
-72-
• Marco teórico
Arranque estrella-triángulo. El arranque estrella-triángulo es el más utilizado para
motores de pequeña y mediana potencia. Este arranque se lo aplica a los motores
cuyos 6 terminales de los tres devanados estatóricos tengan salida sobre la placa de
bornes y donde la conexión en triángulo corresponda a la tensión de la red.
Este arranque tiene un menor consumo de corriente en el momento de la conexión, es
simple de realizarlo, su tensión se reduce al 58% de la tensión nominal y es
económico.
En la conexión en estrella el arranque consiste en arrancar el motor una vez
conectado sus devanados estatóricos en estrella.
Los devanados se encuentran alimentados con una tensión igual a la tensión de la red
dividida por √3 o sea aproximadamente entre un 57% o 58% de la tensión nominal.
El par se reduce con relación al cuadrado de la tensión de alimentación, es decir al
tercio del par proporcionado por un motor en un arranque directo. Es decir que el
VF=VL/√3.
En la línea de alimentación se reduce la corriente en la misma proporción; cuyo valor
típico alcanza los 2In y un par del 0,5Mno.En la conexión “Y” el par motor es
pequeño y la velocidad se puede estabilizar al final del período. Es decir VF=VL.
Figura 76. Circuito de mando y fuerza en el arranque estrella-triángulo(guía)
-73-
Fuente: Autoras • Procedimiento
Preparar los equipos, aparatos de maniobra y accesorios en el arranque estrella-delta.
Figura 77. Equipos, aparatos de maniobra y accesorios en el arranque estrella-triángulo
Fuente: Autoras
a) Objetivo a:Armar y verificar el circuito del arranque estrella -triángulo.
Realizar la conexión del circuito según la figura 76. Acople el
electrodinamómetro al MAJA 3F con la banda de sincronización para trabajar con
carga.
Verificar que la fuente proporcione los voltajes requeridos. La conexión debe
tener la protección para corto circuitos y sobre intensidad.
Figura 78. Verificación de la conexión (estrella-triángulo)
-74-
Fuente: Autoras
b) Objetivo b:Utilizar el multímetro y la pinza amperimétrica para la medición
de magnitudes de voltaje, intensidad aplicando las normas respectivas.
Medición de los voltajes:
1) Realizar la medición de voltaje tanto en la línea como en la fase ayudada
del multímetro.
a) Poner en escala de voltios de CA.
b) Verificar que las puntas del voltímetro se encuentren en buen estado y
aisladas.
c) Toma de datos.
Medición de las intensidades:
2) Escoger la escala apropiada antes de medir.
3) Medición de intensidad mediantela pinza amperimétrica tanto en la fase
como en la línea.
4) Anotar los datos en la tabla 47tanto en el arranque en vacío como con
carga.
A continuación se puede visualizar como se realizó la toma de medidas tanto de
voltaje como de intensidad en el arranque estrella-triángulo con un MAJA 3F.
-75-
Figura 79. Diagrama demedición de voltaje de línea, voltaje de fase y de la intensidad en el arranque estrella-triángulo (guía)
Fuente: Autoras
Tabla 47. Resultados en el arranque estrella-triángulo Arranque estrella-triángulo (fuente variable 4-5-6)
Carga
tarr
Iarr
Ir
VFA
VFf
RPM
Fuente: Autoras
c) Objetivo c:Toma de lecturas de las señalescon el osciloscopio en el arranque
estrella-triángulo
1) Verificar el circuito de mando y de control del arranque estrella –
triángulo.
2) Encender el osciloscopio, esperar que se cargue completamente.
3) Pulsar el botón de Config. Predeter y seleccionar el valor de atenuación
determinado por la sonda es 10x.
4) Conecte la sonda en el canal 1(CH1), luego presione y gire la sonda de
modo que se fije al equipo.
5) Conecte la punta de la sonda y el cable de referencia a los terminales
PROBECOMP a fin de calibrar el equipo.
6) Para calibrar la sonda del osciloscopio pulse el botón auto configuración.
Figura 80. Calibración de la sonda
-76-
Fuente:Autoras
7) Seleccione la forma de onda cuadrada de ciclos múltiples y calibre la
sonda de atenuación con la herramienta de ajuste de forma correcta.
Figura 81. Selección de la onda
Fuente:Tektronix
8) Pulsar el botón de medidas para ver el despliegue de los tipos de
medidas.
9) Seleccionar las medidas como frecuencia.
Figura 82. Selección de la frecuencia
Fuente: Tektronix
-77-
En Ecuador la frecuencia es 60 Hz. Medido con el osciloscopio observamos un
valor aproximado de 59,95 Hz.
10) Ir atrás para seleccionar período
Figura 83. Selección del período
Fuente: Tektronix
Aplicando la fórmula del período comprobamos el resultado que se obtuvo en
el osciloscopio
T = 1 / f
T = 1 / 59,95 Hz
T=16,68 ms
11) Pulsar el botón atrás y seleccionar V pico-pico
Figura 84. Selección del V pico-pico
Fuente: Tektronix
La diferencia entre el voltaje máximo y un voltaje mínimo es el valor del Vpp
dando como resultado un valor de 204 V.
-78-
12) Pulsar el botón atrás y seleccionar CH1 RMS
Figura 85. Visualización del CH1 RMS
Fuente: Tektronix
RMS=Vp*0,707
RMS=102V*0,707
RMS=72,1 V
a) Mostrarfase del motor
1) Una vez calibrada la sonda, procedemos a la toma de medidas
Figura 86. Selección de medidas
Fuente:Autoras
2) Pulsar el botón medidas y seleccionar frecuencia en el canal 1
3) Pulsar canal 2 y seleccionar frecuencia
4) Regresar a medidas y pulsar en el canal 1 fase1
Figura 87. Selección en el canal 2
-79-
Fuente: Tektronix
5) Regresar a medidas, pulsar en el canal 2 fase 2
Figura 88. Selección del canal 1
Fuente: Tektronix
6) Arrancar el motor y observar el desfase
Figura 89. Medida de la fase en el canal 2
Fuente: Tektronix
-80-
b) Mostrar los armónicos en el arranque del motor
1) Después de calibrada la sonda, procedemos a colocar los lagartos
tanto del canal 1 y canal 2 en un cable que sale del neutro y las
puntas de las sondas en cualquier entrada de las bobinas del motor
2) Seleccionamos el botón menú
Figura 90. Selección del botón menú
Fuente: Tektronix
Figura 91. Seleccionamos FFT
Fuente: Tektronix
• Conclusiones y recomendaciones
a) Conclusiones. En la práctica logramos visualizar señales y datos que tan
solo observamos en la teoría que al realizar el trabajo se familiarizo con la
manipulación de estos equipos, instrumentos y otros que corroboraron en nuestro
aprendizaje en el campo.
-81-
b) Recomendaciones. Al manipular estos equipos por su costo y valor de
precisión se debe seguir todas las normas de seguridad de operación y cuidado al
trasladar de un lugar a otro.
En caso de desconocimiento de operación del equipo por parte del estudiante
solicitar información al instructor.
c) Práctica N° 3
• Tema
Arranque por resistencias estatóricas o por resistencia en el primario en un motor
trifásico jaula de ardilla trifásica.
• Objetivos
Objetivo general:Determinar las medidas tomadas en el arranque por resistencias
estatóricas.
Objetivos específicos:
a) Aplicar la fórmula respectiva para conocer el valor de la resistencia que
debemos utilizar
b) Montar y verificar el circuito de mando y de potencia en el arranque por
resistencias estatóricas.
c) Recurrir al multímetro y la pinza amperimétrica para hacer la medición de
magnitudes como voltaje e intensidad.
d) Comparar los valores de las magnitudes de corriente de los arranques
directo, estrella-triángulo y por resistencias estatóricas.
• Metodología
En esta práctica de laboratorio nos basaremos en un método comparativo en él que
ayudados por la implementación física del circuito de arranque por resistencias
-82-
estatóricas de un motor trifásico jaula de ardilla, relacionaremos magnitudes
eléctricas medidas de forma práctica, con aquellas que obtendremos por medio del
cálculo.
• Equipos y materiales
a) Fuente de energía: Lab-Volt EMS 8812. Características: ca/cd, fija y
variable,trifásica.
b) Tableros de componentes: Lab-Volt EMS 9127.
c) 2Contactores: Lab –Volt EMS 9106-2. Características: bobina 120V-
60Hz;250VCA-10A
d) 1 pulsadores abierto: Lab-Volt EMS 9102.Características:120V-10A –
CA/CC
e) 1 pulsador cerrado: Lab-Volt EMS 9102 .Características: 120V-10A –
CA/CC
f) 1 interruptor de circuito: Lab-Volt EMS 9110.Características:208V-3∅-5 A
g) Cables flexibles: Lab-Volt EMS 9128
h) Motor de inducción jaula de ardilla marca: Lab-Volt EMS8221-20.
Características: 175W-1670 r/min-208V-1,2A;3∅-60 Hz
i) Pinza amperimétrica
j) Multímetro
k) resistencias: Lab-Volt EMS 9115-2.Características:40 W-5%de tolerancia.
l) Tacómetro
• Marco teórico
Arranque por resistencias estatóricas. Consiste en arrancar el motor a baja tensión
mediante la inserción de resistencias en serie con los devanados. Una vez
estabilizada la velocidad, las resistencias se deshabilitan y el motor se pone a alta
tensión. El valor de la resistencia se calcula en base a la fórmula:
$ 0,0551
'(.
-83-
Dónde:
R: Resistencia por fase, en ohmios (Ω)
U: Tensión de la red, en voltios (V)
Ino: Intensidad nominal del motor, en amperios (A)
La caída de tensión de la resistencia es proporcional a la corriente absorbida por el
motor, por lo la tensión que se aplica a los bornes del motor es mínima en el
momento del arranque y va aumentando progresivamente.
Este método se emplea para máquinas cuyo par de resistencia crece con la velocidad,
por ejemplo los ventiladores.
Figura 92. Circuito de mando y fuerza del arranque por resistencias estatóricas (guía)
Fuente: Autoras
• Procedimiento
Preparar los equipos, aparatos de maniobra y accesorios necesarios para implementar
la práctica.
Figura 93. Equipos, aparatos de maniobra accesorios para el arranque por resistencias estatóricas
-84-
Fuente: Autoras
a) objetivo a:Aplicar la fórmula respectiva para conocer el valor de la
resistencia que debemos utilizar.
El valor de la resistencia se calcula en base a la fórmula:
$ 0,0551
'(.
$ 0,551120)1.2+
R 5,51Ω
El valor de la resistencia calculada es de 5.51 ..
Pero en el laboratorio de electrónica solo hay resistencias de 10Ω± 40W, 100Ω,
1000Ω como el voltaje de la resistencia es de 30V y la diferencia entre la
intensidad de arranque tanto en el arranque directo con el arranque por
resistencias estatóricas es de 1,6A; aplicando la fórmula de la potencia:
/ 0 1 (4)
/ 302 0 1.6
/ 486
Entonces seleccionamos una resistencia de 10 Ω
-85-
b) objetivo b: Montar y verificar el circuito de mando y de potencia en el
arranque por resistencias estatóricas.
Ejecutar la conexión del circuito ver en la Figura 92.
Figura 94. Circuito armado del arranque por resistencias estatóricas
Fuente: Autoras
Verificar si la fuente provee los voltajes requeridos. La conexión debe tener la
protección para corto circuitos y sobre intensidad para protección del motor.
Figura 95. Verificación de la conexión en el arranque por resistencias estatóricas
Fuente: Autoras
c) objetivo c:Recurrir al multímetro y la pinza amperimétrica para hacer la
medición de magnitudes como voltaje e intensidad, arrancando el motor en vacío
y con carga para proceder anotar en la tabla 48.
Figura 96. Medición de voltaje en el arranque por resistencias estatóricas
-86-
Fuente: Autoras
Figura 97. Conexión del multímetro y pinza para el arranque por resistencias estatóricas (guía)
Fuente: Autoras
Tabla 48. Valores obtenidos en el arranque por resistencias Arranque por resistencias estatóricas (fuente fija 1-2-3)
Carga
tarr
7 Iarr
Ire
UR
UFA
UFf
RPM
Fuente: Autoras
d) objetivo d: Comparar los valor de las magnitudes de corriente de los
arranques directo, estrella-triángulo y por resistencias estatóricas.
Tabla 49. Comparación de resultados entre el arranque directo, estrella-triángulo y por resistencias estatóricas
-87-
Arranque directo Arranque estrella-triángulo Arranque por resistencias
estatóricas
Iarr Iarr Iarr
Fuente: Autoras
• Conclusiones y recomendaciones
a) Conclusiones
• Hemos observado el valor de la corriente al momento de arrancar el
motor obteniendo un valor inferior a los requeridos en los otros
arranques (directo y estrella-triángulo).
• Mediante la utilización del multímetro se pudo medir y visualizar las
características del arranque por resistencias como es la tensión y
corriente.
b) Recomendaciones
• Antes de la práctica se debe tener habilitados todos los elementos
necesarios para realizarlo.
• Utilizar los EPP para evitar los accidentes que pueden ocasionar.
• Durante la práctica no distraer ni realizar actos inseguros.
• Para realizar una correcta verificación de las conexiones es preferible
cortar la energía en la fuente de alimentación para prevenir algún
accidente.
4.2 Indicaciones de seguridad en la práctica de laboratorio
-88-
4.2.1 Información general. Lainformación general que se describe a continuación
hay tomar muy en cuenta en las prácticas de laboratorio y son las siguientes:
• Tener los conocimientos básicos acerca de la materia.
• Recibir la indicación del instructor antes de iniciar el trabajo
• Para poder efectuar la guía de laboratorio es importante realizarla con la ayuda de
un instructor para la manipulación de los equipos.
• Lea el manual de los equipos cuidadosamente.
• Si tiene una inquietud consulte con su instructor de clase para mayor seguridad.
4.2.2 Reglas de seguridad. Las reglas de seguridad descritas a continuación, están
constituidas por medidas y precauciones de seguridad para evitar daños a los equipos,
tomando como precaución los posibles problemas de seguridad que pudiesen generarse
al llevar a cabo una práctica de laboratorio a continuación se mencionan:
• Nunca deben manipularse los aparatos y equipos eléctricos con las manos, los pies
o cualquier otra parte del cuerpo mojada.
• No se debe manipulará el cuadro eléctrico solo cuando el instructor de la orden o
si se necesita actuar sobre él.
• No trabaje en un circuito eléctrico mientras está conectada la energía
• Verifique que el equipo esté en condiciones de trabajo adecuadas antes de
utilizarlo
4.2.2 Normas de seguridad para el multímetro.
• Cuando vamos a utilizar el multímetro, se debe observar todas las reglas de
seguridad concernientes, para prevenir contra daños de corriente eléctrica, y para
proteger el instrumento en contra del mal uso.
• Cuando el multímetro no esté en uso, o vaya a ser trasladado de un lugar a otro, el
selector debe estar en la posición deOFF (apagado).
• Coloque el selector en la escala correcta, de acuerdo con lo que desea medir.
-89-
• Nunca exceda los valores límites de protección indicados en las especificaciones
por cada rango de medición. Si no sabemos el valor de la escala a medir, se
recomienda usar el rango más alto.
• Antes de usar la perilla selectora de rangos para cambiar funciones, desconecte las
puntas de prueba del circuito bajo prueba, y de todas las fuentes de corriente
eléctrica.
• Nunca realice medidas de resistencia si el circuito se encuentra energizado.
Apague la fuente de alimentación antes de hacer la medición.
4.2.3 Normas de seguridad para el amperímetro.
• Asegúrese de quitar las puntas de prueba antes de realizar medidas de corriente.
Nunca hacer medidas en un circuito cuyo voltaje sea superior a 600V AC.
• Las garras transformadoras están hechas de metal y sus puntas no están aisladas.
Ser especialmente prudente con el riesgo de cortocircuito cuando el equipo
medido tiene expuestas partes metálicas.
• Para evitar riesgos de descargas eléctricas, no usar el instrumento si éste está en
las siguientes condiciones:
a) Muestra daños visibles.
b) Produce resultados erróneos en la realización de sus funciones/tests
• No use la pinza si las puntas de pruebas o sus manos están húmedas.
• No use la pinza en un ambiente con peligro de explosión (ejemplo: existencia de
gases inflamables y vapor).
• Nunca exceda los máximos de entrada permisibles en algunas funciones
• Siempre dejar seleccionado el interruptor de rango en la posición OFF después de
usarlo.
• Cuando no se vaya a utilizar el instrumento durante un largo período de tiempo,
quitar las pilas de su lugar de almacenamiento.
-89-
CAPÍTULO V
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones
Una vez analizado el estado técnico de los equipos e instrumentos del laboratorio de
Electrónica, observamos que los equipos e instrumentos ya han cumplido con su vida
útil, pero en la actualidad los equipos siguen funcionando, por lo que es necesario
implementar con equipos de última tecnología.
Como una solución al problema cuando los motores arrancan en directo (a plena
tensión), existe una caída puntual de tensión en el sistema eléctrico provocando
perturbaciones del buen funcionamiento de otros aparatos conectados a la misma red,
llegando a la conclusión de arrancar los motores a tensión reducida para evitar estos
inconvenientes.
Con la adquisición de los equipos e instrumentos para la realización de las prácticas,
hemos caracterizado el comportamiento del motor tanto en su arranque como en estado
de trabajo en base a sus señales de intensidad y voltaje.
Se ha logrado interpretar las respectivas señales de tensión e intensidad al momento de
arrancar, el motor necesita más amperaje para encender que para el trabajo nominal y
esto indica un incremento en la cantidad de energía necesaria, por lo tanto el costo de la
tarifa aumentará.
Para el óptimo manejo de los equipos de laboratorio, como son el osciloscopio digital,
la pinza amperimétrica, el multímetro y el generador de funciones es necesario revisar
los manuales para familiarizarse con cada uno de ellos.
-90-
Con la elaboración de la guía se pudo comprobar los términos del marco teórico, y a su
vez contribuimos a que los estudiantes de la Facultad de Mecánica se puedan
familiarizar con los equipos en las prácticas de laboratorio.
-90-
5.2 Recomendaciones
Al momento de medir la corriente en las prácticas realizadas, es necesario conocer el
rango de medida de las sondas del osciloscopio digital antes de proceder a la toma de
medidas, para evitar que se quemen las puntas (lagartos) de las sondas.
Al momento de utilizar los equipos se debe seguir las medidas de seguridad para evitar
los accidentes. Esto significa lea primero el manual de instrucciones de los equipos
antes de su manipulación.
En las prácticas de los arranques a tensión reducida de un motor trifásico, al momento
de realizar las mediciones de corriente, se ven limitadas ya que no contamos con una
sonda de medición de corriente, por lo que se recomienda adquirir una sonda para
realizar estas mediciones.
Cuando se deba realizar los diferentes arranques se debe observar la placa de
características para saber qué tipo de conexión se puede realizar. Se recomienda
arrancar un motor a tensión reducida para disminuir el consumo de corriente y evitar las
perturbaciones de la tensión en las líneas (caídas de voltaje).
Dar mantenimiento a los equipos de la estación de trabajo, como son; el osciloscopio, la
pinza, el multímetro, el generador de funciones, para evitar posibles inconvenientes que
se puedan dar al momento de realizar las mediciones respectivas.
BIBLIOGRAFÍA
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EDICIONES TÉCNICAS, 2008.
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KUO, Benjamin. 1996.Sistema de Control Automático. México : PRENTICE-HALL
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